探究3D打印技術應用于分形建筑構建的方式及意義

賴 哲

云南印能科技有限公司 云南 昆明 650000

計算機技術的發展和應用優化了人們的生活和工作，也融入到了任何技術之中，比如3D打印技術，它是以數字建模文件為基礎，可以將各種可粘合材料進行實物打印，從最初的用于工業產品制造模型演化到現在的應用于建筑中來。在過去，住房等建筑物并沒有被人們賦予情感，只是為了單純的住，而如今隨著國民經濟的增長，人們的生活質量得到了質的飛躍，大家對住房的要求也從之前的住提升到了舒適、悅目、綠色環保上。那么建筑物也就與人們的情感相聯系，產生了欣賞與品鑒，甚至是藝術共鳴。這就讓分形建筑的發展得到了新的契機。

1、3D打印建筑技術的原理及發展

3D打印建筑技術，第一階段的建筑3D打印機是采用了“材料堆積”的原理來開展制作的，利用計算機技術，先在電腦上將三維立體模型建立好，然后將可粘性材料裝入連接計算機的打印裝置內，最后通過計算機來控制材料進行層層疊加，實現藍圖的實際打印。

到了第二階段的3D建筑打印技術的出現，是結合了數字模塊，在傳統的堆積成形技術上植入了分布式制造的方式，通過多端點的制造方式，讓傳統的無法實現的不同企業與組織無法同時進行匹配性的生產資料與非規模化生產的方式得以實現。讓很多原本需要高時長，與高生產技術的建造技術難度降低到可以被普及的水品。

2、3D打印技術在分形建筑構建中的應用

2.1 3D打印分形建筑的設計案例

英國建筑學家設計了“打印房屋2.0”，——“蜘蛛網”式的建筑空間用纖維尼龍材料的穿插和纏繞有著豐富的變換感，給人們展示了傳統建筑美學無法企及的層次美感，其設計手法也被評論為抽象派工藝。

“放射蟲大帳篷”其靈感來源于某一德國動物學家對單細胞生物放射蟲的贊美。3D打印技術通過對材料的分層堆積，表現了放射蟲骨骼徐徐漸進的沉淀，具有分形特色的建筑空間就這樣被3D打印技術展現的淋漓盡致。

通過3D打印技術的應用，神奇的體現了自然生物所散發的魅力，這兩個案例都被充分體現了設計的復雜性及流動性。

2.2分形建筑在3D打印設計上的方式

通過3D建筑打印2.0階段，更多的生產方式重原有的建筑模數，推向更高的高度，讓傳統的單一的非復雜的模組，從單元性變為多元性組合，從單點變為多點，使得設計的模組變得更為多元性，與可被列組與拓撲性。

而這些模組也將會歸結為信息模型，進而再次編譯與進化的過程，從而產生的多維組合將可以讓傳統的建筑模數有無數種變化形式。

2.3 分形建筑的結構形式

與傳統建筑美感不同，分形建筑美學強調的應不識簡單的幾何形體，其實人們在自然界中的一種數學抽象的體現，表現出了一種不規則的幾何形體，展示的是其豐富變換的特性，美感上更加純真、狂野、純粹。分形圖形中的畫面豐富，讓人們能夠產生更多的聯想，甚至在不同的距離進行觀看時能夠感受到分形構造單元的變化。分形建筑更是人們有了更高追求后的一種體現，也不是標新立異的盲目追求，而是對建筑形式的自由集合形體的追求，當然，這種結構層次也是傳統建筑工藝所無法表現的。

傳統的線性建筑，在施工上與結構上只需要遵循既定的結構法則便可完成，但是分形建筑是一種非標準性的建筑模塊的組合，在多種模塊的生產方式下，傳統的制造方式在生產成本與生產效率上都是沒有辦法滿足分形建筑的制造成本，在3D打印的下，這些非標準的結構與構建將變得唾手可得。

3、3D打印技術在分形建筑中應用的優勢

3.1 完美還原建筑師的設計

3D打印技術，可以為更加復雜或具有動態美感的建筑物提供強大的技術手段，再加上材料的不斷更新和發展，材料方面的限制也逐漸減小，3D打印技術可以實現傳統技術所無法或很難實現的建筑設計中的多維度曲面等等，也就是說，3D打印技術能夠更加完美的還原建筑師的最初設計，可以無視建筑的建造難度。讓設計師可以更自由的發揮設計思維，而不需要更多的去考慮結果與建筑施工的可行性。

3.2 建造速度快，節約成本

傳統建筑是個龐大的工程，需要耗費大量的人力物力，還要考慮因為強工程量和長工程周期而導致的人力問題和環境問題等等，那么分形建筑因為其復雜性提升，難度加大，如果采用傳統建筑方式，那么人力成本將會比傳統建筑增加多倍。但3D打印技術在建筑建造中的應用后，可以比傳統建造技術快上10倍甚至10倍以上，這就可以大幅度降低建筑工程，減少人力開支，節約成本，提升建筑生產效率。再加上3D打印技術中不需要使用模板，不需要建筑者與設計師的反復溝通，也是節約時間成本和人力成本的其中一項。

3.3 提升建筑環保性能

3D打印技術在分形建筑中的應用，可以高效利用材料，減少建筑垃圾，在滿足建筑環保節能的基礎上大大提升建筑物的使用壽命，綜合經濟性高。

4、總結語

我國首座3D打印橋已經有媒體報道出預計不久就要投用，其建造時間只花費35天，使用強度可以達到30年。此橋是樹脂材料通過3D打印技術一次性成型，具有復雜的多維度曲面，因為原材料價格降低和工藝的成熟，其成本相對較低。這也標志著3D打印技術在建筑業中的應用會更加火熱，3D打印建筑物的市場競爭力也會越來越強。雖然當前3D打印技術還不能夠“一次性”建造大體積的建筑物，但筆者相信，隨著3D打印技術的不斷發展和打印材料的更新，未來3D打印技術在建筑業中終將掀起數字化革命。因為其技術的高度還原性可以讓建筑師突破原有的理念和限制，創造出更具動態化的分形建筑。