3D打印技術(shù)在建筑景觀設(shè)計(jì)中的有效應(yīng)用

侯濤 李佳男

摘 要：越來(lái)越多的新技術(shù)隨著科技發(fā)展而逐漸產(chǎn)生，且3D打印技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，逐漸獲得各行業(yè)關(guān)注，在醫(yī)療、建筑、工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械制造等行業(yè)中均獲得廣泛化應(yīng)用。該文將主要致力于展開(kāi)在建筑景觀設(shè)計(jì)中，3D打印技術(shù)的應(yīng)用效果，首先指出建筑景觀設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，3D打印技術(shù)的存在優(yōu)勢(shì)，并具體闡釋出其具體化應(yīng)用，最終給出建筑3D打印的發(fā)展思考，以期在建筑景觀設(shè)計(jì)中，3D打印技術(shù)能夠獲得有效性應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：景觀設(shè)計(jì) 有效應(yīng)用 3D打印技術(shù) 建筑

中圖分類號(hào)：TU741.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）01（b）-00-02

3D打印是一種應(yīng)用塑料或粉末狀金屬，并以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，經(jīng)逐層打印構(gòu)造物體技術(shù)，其是所謂的快速成形技術(shù)。而傳統(tǒng)二維打印，產(chǎn)生的二維平圖圖像是經(jīng)油墨進(jìn)行噴刷產(chǎn)生。3D打印技術(shù)能夠?qū)⒛Ｐ偷慕Y(jié)構(gòu)和細(xì)節(jié)進(jìn)行真實(shí)性還原，是立體化的打印，以三維模型為基礎(chǔ)，所以傳統(tǒng)和3D打印技術(shù)存在極大不同。3D打印制造更快速、更高效，加工和制作過(guò)程簡(jiǎn)單快捷，工藝流程短、全自動(dòng)[1]。所以，特別是在工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑領(lǐng)域中，獲得極大的歡迎及關(guān)注度。

1 建筑景觀設(shè)計(jì)領(lǐng)域中3D打印技術(shù)的存在優(yōu)勢(shì)

1.1 加工材料的多樣性

3D打印技術(shù)較傳統(tǒng)制造方式，有極為豐富的可用材料，包含鎂鋁合金、陶瓷、光敏樹(shù)脂、有色金屬等，abs、pa、ep包含于工程塑料中，pla、petg等包含于生物塑料中。可用的材料多，實(shí)現(xiàn)的可能性更高，決定這一技術(shù)有更廣的適用面，對(duì)于樹(shù)脂、金屬、abs等材料，無(wú)需經(jīng)再次翻制，能夠直接輸出為模型。

1.2 小批量生產(chǎn)成本低

傳統(tǒng)模具開(kāi)發(fā)及機(jī)械加工生產(chǎn)線均屬于大批量生產(chǎn)方式，成本因生產(chǎn)數(shù)量多而越低，且其模具開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)線的費(fèi)用高昂。3D打印技術(shù)相較于大批量生產(chǎn)，生產(chǎn)多件或一件成本幾乎一致，且小批量加工成本更具優(yōu)勢(shì)，更適合于停產(chǎn)稀缺零件復(fù)刻、樣品展示模型、個(gè)性化定制產(chǎn)品、模具制作等層面。小批量生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)在景觀設(shè)計(jì)表達(dá)層面更具優(yōu)勢(shì)，因其設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期很長(zhǎng)，多為概念方案模型，方案的最終確定需經(jīng)設(shè)計(jì)多次調(diào)整獲得，但是不管獲得怎樣調(diào)整之后的樣式，為了提升效率，獲得更低成本，僅僅需替換打印修改部分的模型[2]。

1.3 可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜造型

三軸或五軸的三維雕刻機(jī)，以及傳統(tǒng)的切割加工，是一種減材制造加工方式，均是選擇刀具行材料切削去除。此種加工方式通過(guò)去除材料實(shí)現(xiàn)成型，開(kāi)始于已有的零件毛坯，所以，無(wú)法精準(zhǔn)加工完成減材制造，受刀具及刀頭可實(shí)現(xiàn)空間深度限制，因此復(fù)雜的外觀造型及三維空間結(jié)構(gòu)很難以制造出。相較于傳統(tǒng)生產(chǎn)方式，3D打印技術(shù)加工原理完全不一樣，在制造實(shí)體模型的時(shí)候，需選擇打印材料盤(pán)柱疊加方式，其被稱為是增材制造。此種方式較三維雕刻加工技術(shù)，為“自下而上”制造方式[3]，模型負(fù)角加工難題，可巧妙地通過(guò)增材制造而解決，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)產(chǎn)品過(guò)程、零件電子、數(shù)字化模型。所以，3D打印技術(shù)，是在打印機(jī)中將產(chǎn)品數(shù)字化模型輸入，以其作為直接驅(qū)動(dòng)，不管其有多高的復(fù)雜程度，均可實(shí)現(xiàn)快速制造，將最終產(chǎn)品模型完整、準(zhǔn)確“輸出”，無(wú)需大量人力用于提升工作效率本質(zhì)特征。

2 在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域中3D打印技術(shù)的應(yīng)用

我國(guó)城市建筑垃圾的數(shù)量已占到城市垃圾總量的30%～ 40%。截至2011年，中國(guó)城市固體生活垃圾存量已達(dá)70億t，建筑垃圾總量約為28億t，每年新產(chǎn)生建筑垃圾超過(guò)5億t。近兩年，北京、上海、廣州等地一些建筑工人年收入超過(guò)10萬(wàn)元。

2.1 應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)方案中

對(duì)于項(xiàng)目方案層面，在初始階段中不管是客戶方或者是團(tuán)隊(duì)成員均存在不同認(rèn)識(shí)及想法。不同客戶因?qū)I(yè)背景及知識(shí)架構(gòu)的不同，所以對(duì)于傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)稿圖而言，也存在不同理解程度。整個(gè)項(xiàng)目的全貌，因二維圖無(wú)法完整展現(xiàn)，在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，后期的建設(shè)及彼此意見(jiàn)不統(tǒng)一，均會(huì)造成項(xiàng)目不斷停工或更改，難以滿足前期意圖及設(shè)想。3D打印可將項(xiàng)目整個(gè)過(guò)程完整展現(xiàn)出來(lái)，通過(guò)對(duì)初始方案建模打印實(shí)體，可及時(shí)按照實(shí)體模型做出調(diào)整，便于各方的討論及溝通。特別是在道路交通、橋梁設(shè)計(jì)、城市設(shè)計(jì)及規(guī)劃層面，需考慮交通、景觀、道路，同時(shí)涉及幾個(gè)單體建筑，3D打印能夠?qū)⒔ǔ珊蟮娜罢鎸?shí)地展現(xiàn)出來(lái)。在設(shè)計(jì)中，這些建筑每一階段環(huán)環(huán)相扣、相互聯(lián)系，一個(gè)環(huán)節(jié)失誤會(huì)產(chǎn)生項(xiàng)目損失。經(jīng)3D打印，會(huì)影響到周邊居民及環(huán)境，反映出方案的全貌，縮小若干年方可完成的項(xiàng)目，同時(shí)避免設(shè)計(jì)者造成項(xiàng)目失敗，獲得建筑方及公眾的認(rèn)可及接受。

2.2 應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)方法中

3D打印可在短時(shí)間直觀、快速看出最真實(shí)效果，其是一個(gè)快速成型的技術(shù)。除此之外，建筑師之前在繪制建筑物的時(shí)候，選擇的是手繪的方式，一個(gè)很好的構(gòu)思及想法，假設(shè)無(wú)扎實(shí)的繪畫(huà)功底，則難以表達(dá)出。而二維平面永遠(yuǎn)是手繪效果圖的效果，設(shè)計(jì)師的創(chuàng)意較難以表達(dá)出。更全面、快捷的方式，3D打印可為建筑師提供，經(jīng)配合打印機(jī)，以及拍照、基底建模進(jìn)行實(shí)體打印，更便于理解設(shè)計(jì)者意圖，受眾可從多角度實(shí)現(xiàn)觀察。

2.3 應(yīng)用于建筑構(gòu)件中

建筑師在打印時(shí)依據(jù)選擇性激光燒件，以及節(jié)點(diǎn)式方式，同時(shí)按照前期設(shè)計(jì)圖紙比例，實(shí)現(xiàn)每一節(jié)點(diǎn)分段打印，最后完成的建筑物制作，通過(guò)組合拼接方式實(shí)現(xiàn)，極大程度節(jié)省物力、人力，較為方便簡(jiǎn)潔，保證構(gòu)件實(shí)用性及美觀性。在一些附屬建筑裝飾物上，3D打印技術(shù)獲得廣泛應(yīng)用，像中式古典建筑、歐式壁雕裝飾物表面結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜化，效率低且人工制作時(shí)間長(zhǎng)，難以保證一致化制作出的結(jié)構(gòu)及細(xì)節(jié)，且將3D打印設(shè)置好比例之和，并進(jìn)行基底建模，可精確地在較短時(shí)間中進(jìn)行批量生產(chǎn)，打印出每一局部細(xì)節(jié)。在建筑裝飾中，3D打印技術(shù)不管是外部或者是內(nèi)部裝飾，均轉(zhuǎn)向風(fēng)格展現(xiàn)、技術(shù)的設(shè)計(jì)及細(xì)節(jié)處理。

2.4 3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域

文物保護(hù)中。通常情況下，博物館為了保護(hù)原始作品不受意外事件或環(huán)境的傷害，會(huì)選擇替代品進(jìn)行。陜西博物館之前打印出的國(guó)寶文物“金怪獸”，長(zhǎng)11cm、高11.5cm，花費(fèi)了14h的時(shí)間。相較于文物原件，打印出來(lái)的復(fù)制品幾乎和其一模一樣。

3 建筑3D打印的發(fā)展思考

在工程施工中，當(dāng)前的建造3D打印應(yīng)用，并無(wú)成熟設(shè)計(jì)方法及理論能夠借鑒，依舊屬于探索階段。相較于傳統(tǒng)鋼筋混凝土、砌體結(jié)構(gòu)和3D打印建筑，在建造工藝及材料性能層面存在極大差別，所以需對(duì)構(gòu)件及材料性能有充分了解，找出適用的設(shè)計(jì)方法及理論。

在廣州、北京、上海等地，近些年建筑工人的年收入超10萬(wàn)元，勞動(dòng)密集型的建筑業(yè)在近些年勞動(dòng)力越來(lái)越緊張，逐漸步入老齡化的時(shí)代中面臨巨大挑戰(zhàn)。建筑3D打印，24h可打印出出10棟200m2的建筑，信息化和機(jī)械化為技術(shù)手段，節(jié)約人工80%，縮短工期70%，上降低建筑工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮小對(duì)勞動(dòng)力的依賴，提升工作效率，改善工作環(huán)境。

建筑3D依舊屬于探索階段，盡管其擁有廣闊化發(fā)展前景，均有一系列問(wèn)題存在于打印方法、設(shè)備、材料及工藝層面，而解決上述的問(wèn)題，則是建筑3D打印當(dāng)前主要的發(fā)展任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張躍.3D打印技術(shù)在建筑景觀設(shè)計(jì)表達(dá)中的應(yīng)用與創(chuàng)新——超寬幅面3D打印機(jī)的研發(fā)[J].絲路視野，2018（1）：154-155.

[2] 秦建華.3D打印技術(shù)在文化藝術(shù)中的應(yīng)用[J].美術(shù)教育研究，2014（7）：93.

[3] 王子明，劉瑋.3D打印技術(shù)及其在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用[J].混凝土世界，2015（1）：50-57.