3D打印技術(shù)在建筑業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用

高磊 李宜森

摘要：如今建筑行業(yè)發(fā)展迅速，很多新技術(shù)也在建筑行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用，進一步促進了建筑行業(yè)發(fā)展。3D打印技術(shù)是現(xiàn)代科技研究的結(jié)晶，與傳統(tǒng)建設(shè)方式有明顯差異。在建筑業(yè)，嘗試應(yīng)用這一技術(shù)，也展示出較多優(yōu)勢。基于此，本文研究這一技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：3D打印技術(shù);建筑領(lǐng)域;優(yōu)勢;應(yīng)用

引言：

在科技力量的帶動下，我國建筑行業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化，隨著3D打印技術(shù)的強勢加入，建筑行業(yè)必將迎來另一個發(fā)展高峰。在全球資源告急、人類生存環(huán)境下降的背景下，將3D打印技術(shù)進行有效運用，無疑可以進一步降低建筑能耗，打造出更加環(huán)保的新型建筑。

1、3D打印技術(shù)概述

相信人們對于打印技術(shù)并不陌生，3D打印技術(shù)即是在二維打印的基礎(chǔ)上增加一個維度，這一過程運用數(shù)字模型做為基礎(chǔ)，通過將具有粘合性的不同材料如塑料類、金屬類等加入打印機中，就可以對其進行逐層打印，將這些材料形成一個整體。這種新型技術(shù)往往需要多學(xué)科支持，將包括信息、機電、數(shù)字建模等相關(guān)技術(shù)綜合運用起來，才能實現(xiàn)有效應(yīng)用。自3D打印技術(shù)誕生以來，經(jīng)過多年發(fā)展，已在建筑、工業(yè)、醫(yī)療等多個行業(yè)進行了試驗性應(yīng)用，且均取得良好效果。目前來看，人們對于建筑外觀與功能已不再局限于以往的實用性，通過3D打印技術(shù)就可以將混凝土等材料進行更新穎的組合設(shè)計，將以往傳統(tǒng)技術(shù)無法實現(xiàn)的設(shè)計意圖轉(zhuǎn)變?yōu)檎鎸嵉慕ㄖ铩?/p>

2、3D打印技術(shù)在建筑業(yè)的優(yōu)勢

2.1 簡化傳統(tǒng)施工技術(shù)

近些年來，人們對于建筑外觀具有更多想像，但受限于傳統(tǒng)建筑技術(shù)，這些想像難以轉(zhuǎn)化成實際建筑，而3D打印技術(shù)突破了這一限制，使建筑形象與外觀具有了更多可能。相比于傳統(tǒng)建筑技術(shù)，3D打印技術(shù)可以使建筑外觀更加立體，這一優(yōu)勢也得到眾多建筑設(shè)計師的青睞。即使建筑結(jié)構(gòu)與形狀更為復(fù)雜，在3D打印技術(shù)的參與下，也可將其一次打印成型，大大簡化了施工流程，為建設(shè)特色建筑打下了堅實基礎(chǔ)。

2.2 符合現(xiàn)代環(huán)保主題

建筑業(yè)本身就是一個能耗大戶，且在建設(shè)過程中各種揚塵、污水會給環(huán)境帶來很大負(fù)擔(dān)。就傳統(tǒng)建筑行業(yè)來說，每一棟大樓的興起，往往伴隨著大量建筑垃圾的誕生，國家每年處理這些建筑垃圾的費用就是一個龐大數(shù)字。而運用3D打印技術(shù)后，建筑材料甚至可以重復(fù)使用，還可以進一步消耗原有建筑垃圾，這一功能是傳統(tǒng)建筑技術(shù)無論如何也無法比擬的，在使城市建筑污染程度大大降低的同時有效節(jié)省了建筑材料。另外，3D打印技術(shù)受施工場地限制更小，建筑所用構(gòu)件可以直接在工廠中生產(chǎn)出來，再運送到施工地點進行組裝，與以往運送砂石等材料引起的揚塵污染來說，這一模式顯然更為環(huán)保。

2.3降低了建筑人工成本

3D技術(shù)是建立在電子、智能等產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)上，其建設(shè)過程無需過多工人參與，但卻更為注重工人質(zhì)量，工人的知識結(jié)構(gòu)與業(yè)務(wù)水平對建筑質(zhì)量起到了關(guān)鍵作用。從這一方面來看，建筑企業(yè)免不了進行一次較大的人力資源改革，裁掉一部分能力較低的建筑工人，這樣一來，建筑用人成本也必將隨之降低。

2.4提高建筑效率

運用傳統(tǒng)建筑模式建造一棟大樓，需要諸如支模、綁筋、混凝土澆筑等一系列復(fù)雜流程進行支持，同時需要制定施工計劃、調(diào)整人員配置、進行施工安全檢查等程序進行配合，這些環(huán)節(jié)降低了整體建筑效率卻缺一不可。3D打印技術(shù)應(yīng)運而生后，可通過計算機將這些程序進行統(tǒng)一整合、規(guī)劃，簡化施工流程，再通過3D打印技術(shù)的一體成型功能來避免工程變更所引起的返工現(xiàn)象，使整體建筑工期大大縮減，有效提高了建設(shè)效率。同時，因運輸成品比運輸原材料更為方便，3D打印技術(shù)也使建筑運輸成本進一步降低。

3、3D打印技術(shù)尚存問題

首先，3D打印技術(shù)在打印之前就應(yīng)設(shè)計出三維模型軟件，再根據(jù)該模型打印出建筑實物。而開發(fā)出與打印硬件相兼容的軟件系統(tǒng)是現(xiàn)階段制約3D打印技術(shù)發(fā)展的一大難題。其次，3D打印機本身對建筑尺寸的限制非常大，尤其是在打印高層建筑物時，打印機爬升難以精確控制，使打印的建筑尺寸很可能偏離預(yù)期設(shè)計。再次，3D打印技術(shù)對于建筑材料的要求比傳統(tǒng)建筑模式更高，就混凝土一項來說，就需要其具有更好的強度、延展性、保溫性、可塑性等，對于混凝土凝結(jié)硬化時間也提出了更高要求。

4、3D打印技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用

4.1建筑設(shè)計領(lǐng)域應(yīng)用

3D打印技術(shù)的一大優(yōu)勢就是可以快速成型，這也是其核心技術(shù)，是對數(shù)控、機械、CAD技術(shù)與新材料科學(xué)等各種高新技術(shù)的綜合應(yīng)用。3D打印技術(shù)具有非常高的靈敏性、精確性與可塑性，可以將打印層厚度控制到0.01 mm，另外，對于建筑內(nèi)外部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，3D打印技術(shù)也可以輕松打印，這一功能對于建筑設(shè)計與市政布局模型具有重要意義，使以往幾乎不切實際的設(shè)計猜想可以轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H建筑。

4.2建筑市場開發(fā)應(yīng)用

4.2.1建設(shè)方案初始設(shè)計階段

對于人們來說，在腦海中將2D圖像轉(zhuǎn)化為立體空間非常困難，往往付出極大精力也得不到準(zhǔn)確結(jié)果，從而導(dǎo)致在開發(fā)大型建筑群時各方人員無法進行有效交流。3D打印技術(shù)能夠使這一問題迎刃而解，通過打印立體模型能夠直觀地呈現(xiàn)出建筑建成后的狀態(tài)，有助于人們觀察建筑建成后對該區(qū)域其他物體的影響，從而對建筑形態(tài)與功能進行必要的更改。

4.2.2建設(shè)提交方案成果階段

建筑工程的目的是建成一所完整、外觀與功能都符合人們要求的建筑，建設(shè)過程中的每個環(huán)節(jié)都是為這一目的而服務(wù)。若是能夠科學(xué)運用3D打印技術(shù)，通過其建模功能，就可以完美展現(xiàn)該建筑建成后附近空間的微縮景觀，使有意向購買的客戶更易于接受。同時，也可通過3D打印技術(shù)建模功能提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的失誤，從而及時變更。

4.2.3項目技術(shù)設(shè)計和營造階段

3D打印技術(shù)發(fā)展到如今，已不僅僅局限于建筑外觀設(shè)計，開發(fā)出了一系列更為精細(xì)的內(nèi)外部風(fēng)格處理功能，如內(nèi)外飾材料、空間內(nèi)部陳設(shè)與裝飾等，這些功能為3D打印技術(shù)在建筑領(lǐng)域應(yīng)用開拓了更為廣闊的前景。

4.3在制造實體建筑方面的應(yīng)用

建造房屋可以說是3D打印技術(shù)在建筑領(lǐng)域的基本應(yīng)用，一般來說，需要在特定的工廠里將建筑模塊打印出來，再運送至施工現(xiàn)場進行組裝。實際建設(shè)過程與傳統(tǒng)建筑工藝也有一些相通之處，需要先鋪設(shè)地基，再根據(jù)圖紙打印出墻壁結(jié)構(gòu)，并對梁與柱的位置進行鋼筋置入及混凝土澆筑。從外觀上看，3D打印技術(shù)制造的墻體有著橫向或縱向的雕飾樣紋路。

結(jié)束語

綜上所述，3D打印技術(shù)顛覆了人們對于傳統(tǒng)建筑行業(yè)的認(rèn)知，使現(xiàn)代建筑更富有個性化特征，同時可以大大提高建設(shè)效率，并降低建設(shè)過程中產(chǎn)生的各類污染，對于我國現(xiàn)階段而言具有重大意義。3D打印技術(shù)在建筑行業(yè)發(fā)展前景十分廣闊，因此，有關(guān)人員應(yīng)對其在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用進行更深入研究，以促進環(huán)境與建筑之間和諧發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳穎萍，嚴(yán)小麗，周迎雪.建筑業(yè)3D打印技術(shù)發(fā)展的阻礙因素分析及對策研究[J].工程經(jīng)濟，2019，29（12）：51-54.

[2]袁嵐. 建筑3D打印有望成為建筑業(yè)未來發(fā)展方向[N]. 中國建材報，2019-12-09（001）.

[3]吳穎萍，嚴(yán)小麗，周迎雪.3D打印技術(shù)在建筑業(yè)發(fā)展中的影響因素研究[J].建筑科學(xué)，2019，35（10）：170-175+190.

[4]賴哲.探究3D打印技術(shù)應(yīng)用于分形建筑構(gòu)建的方式及意義[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2019（18）：157.

山東金智成建設(shè)有限公司 ?山東濟南 ?250100