建筑工程建設中3D打印技術的實踐探思

代林振

（貴州建工集團第十一建筑工程有限責任公司，貴州 貴陽 550001）

建筑行業(yè)在飛速發(fā)展的過程中對設計和建設的要求都進一步提升，傳統(tǒng)建筑設計過程繁瑣，缺少模型，在實際應用的過程中顯得十分乏力。3D打印技術的出現(xiàn)彌補了這一不足。如今，3D打印技術不斷發(fā)展，大型打印機已經出現(xiàn)，在工程建設領域也有了大展身手的舞臺。

1 3D打印技術

1.1 技術介紹

3D打印技術早在80年代就已經在美國被提出，隨著全球科技的發(fā)展，該技術得到了快速的完善，時至今日已經在各個領域有了較為成熟的應用經驗。3D打印是依靠數(shù)字技術實現(xiàn)的，它以塑料、金屬粉末等物質為材料，通過數(shù)字信息逐層打印，最終成為與設計完全一致的完整的立體模型，可以用于零部件的制造，在各個行業(yè)中都有極高的應用價值。

1.2 技術原理

3D打印的技術原理與我們平時所用的打印機相差不多，只不過打印機打印出的內容是平面的，只需要利用紙張和墨水，而3D打印需要利用到塑料、金屬等真材實料，打印出的是立體圖形。利用電腦技術，3D打印機可以制作任何形狀和類型的物品，小型打印機可以打印所需的任何模型，而大型打印機甚至可以打印出汽車和建筑模型。采用3D打印這一名稱的目的是它的技術原理和常規(guī)打印相似，尤其是分層加工和噴墨的過程［1］。

2 建筑工程建設中3D打印技術的應用實踐分析

2.1 建筑模型制作

人們對住房需求的提高以及建筑行業(yè)發(fā)展的需求增長，都使我們認識到了傳統(tǒng)建筑設計的弊端。過去，建筑設計的成果僅為平面藍圖，依照圖紙施工很容易出現(xiàn)問題。并且隨著建筑設計不斷復雜化，這一問題不斷突顯，采用傳統(tǒng)的建筑設計方法顯然已經無法滿足設計者及施工者的需求。因此，3D打印技術出現(xiàn)后，迅速受到了建筑行業(yè)的關注。在八十年代就利用了3D打印機打印出了首個建筑模型，時至今日，利用3D打印技術打印建筑實體模型的技術已經成熟，并且操作越來越簡便，只要在計算機中準確屬于參數(shù)，添加合理的材料，即可迅速獲得與計算機中設計的虛擬模型完全相同的實體模型，不僅準確，而且高效。這樣的建筑實體模型還能夠在房屋銷售中使用。

2.2 實體建筑打印

3D打印技術不僅可以在模型制作中應用，隨著大型3D打印機的出現(xiàn)，直接打印實體建筑已經由幻想成為了現(xiàn)實。LGM是美國的一家以大型3D打印機為核心技術的公司，將黏結劑有選擇性的噴射在石膏粉上，以此為不同客戶提供模型制作服務，如建筑概念模型、建筑結構模型、建筑地形模型等。英國建筑師在掌握3D打印技術內涵的基礎上，致力于采用金屬、水泥和陶瓷等材料打印出實體建筑。比如對材料構成復雜的墻體進行打印，不僅無需單獨加工，一次成型，而且門窗預留洞、預埋件等一步到位，省去了大部分步驟。又以 “EnricoDini”3D打印機為例，它擁有百余個噴嘴，通過對黏結劑的噴射使鎂粉與砂充分黏結，由它打印而成的構件或建筑，在材質上和大理石相似，且強度比混凝土高，基本不需要設置鋼筋來加固。該打印機的成型時間僅有普通方法的25%，同時能節(jié)省近一半的造價［2］。

我國在2014年，首個應用3D打印技術建造的建筑交付使用，這標志著建筑行業(yè)邁向了一個新的時代。在這次工程中，墻體使用的打印材料全部為建筑垃圾，通過逐層打印和噴繪而成，不僅實現(xiàn)了廢物的二次利用，還節(jié)省了成本、人力、時間。此次建筑共有10幢，總用時在24小時內，令人稱奇，可謂是一次工程建設的創(chuàng)舉［3］。

2.3 技術應用

利用3D打印技術進行建筑墻體建設，使用的材料主要為水泥等混合物質，屋面和地面使用的材料為二次利用的建筑垃圾，這些建筑垃圾經特殊處理后，在房屋建設中的應用具有很高的強度，甚至優(yōu)于混凝土，因此工程質量是很有保障的，不必擔心3D打印建筑的使用壽命問題。另外，利用3D打印技術建筑的空心墻可以結合不同地區(qū)的氣候條件，在墻體中填充不同的物質達到保溫、隔音的效果，有許多選擇，更加的靈活化、人性化。

不僅僅是房屋建筑，橋梁等其它任何建筑都可以利用3D打印技術進行建造，只要使用合理的材料，設計出模型，擁有大型打印機，都能夠在短時間內高效率的完成建造任務并快速交付使用。另外，利用3D打印技術進行工程建設減少了污染和排放，保護了周邊環(huán)境，它所使用的材料造價低，對能源的需求量少，這些都是傳統(tǒng)施工所無法企及的，更加貼合現(xiàn)階段綠色環(huán)保、節(jié)能減排的建筑主題，符合我國堅持的“可持續(xù)發(fā)展”理念，具有長遠且廣闊的發(fā)展空間，必將在未來廣泛應用。

3 結語

綜上所述，3D打印是一項適用面廣、快速、材料選擇靈活的成型技術，它在建筑領域的應用從最初的模型制造已經發(fā)展到今天的實體建造，而且鑒于打印材料的寬泛性，使建筑建造成為充分利用廢料的過程，實現(xiàn)了降低排放和縮短工期的雙重目標。然而，3D打印完全依靠3D打印機來實現(xiàn)，更大、更先進3D打印機的設計制造是進一步推動3D打印技術發(fā)展的必經之路。