3D打印技術在裝配式建筑的應用

劉東浩 牛紫曼

摘要：眾所周知，建筑與人們的生產活動有著十分密切的關系，在人們心中有著不可替代的重要作用。在可持續發展理念的倡導下，綠色建筑已成為現代主流建筑形式，不僅降低了建筑能耗，而且節約了建筑成本，受到建筑企業的高度贊揚和青睞。綠色建筑的興起為建筑業的發展指明了新的方向。我們必須注意施工模式的轉變，3D打印施工技術的應用正符合這一理念。因此，應加強對該技術的研究，明確其優缺點，揚長避短，引導建設項目順利高效發展，對提高建設項目的綜合效益有很大幫助。

關鍵詞：3D打印技術;裝配式建筑;應用

前言：3D打印是世界建筑業的一場革命，它打破了建筑業的構件設計完全依賴于生產過程的局面，使施工現場可以在不考慮生產過程的情況下生產任何形狀和復雜的建筑。3D打印作為現代社會的重要發明，在建筑領域占據了重要的地位，解決了許多人力難以解決的問題，將建筑帶入了一個新的階段。為此，本文簡要論述了三維技術的概念，分析了3D打印技術在建筑行業的應用優勢，以期使三維打印技術在建筑工程中得到更廣泛的應用，為建筑工程的建設做出更大的貢獻。

一.3D打印技術的基本概述

3D打印為我國建筑施工行業帶來了一種新的現代建筑施工方式，可以充分說明它是對我國傳統現代建筑施工模式的一次顛覆。雖然目前建筑3D新型打印系統技術的應用研究還只是處于早期起步研究階段，但利用建筑新型打印機技術可以幫助實現更高的建筑施工管理效率、節約人工成本、減少使用建筑材料垃圾和清除建筑材料粉塵、節約使用建筑材料[1]。

在現代建筑中，3D材料打印制造技術，也可以稱為附加材料制造打印技術，是一種可以從頭開始直接添加打印材料的制造方法。其主要操作過程也就是首先準備好需要進行打印的建筑原型，用公司專用3D大型打印機進行打印，最后進行加工即可得到所有必需的大型建筑主體構件。通過將3D格式打印與數字計算機打印相結合，將施工所需的建筑構件打印模型直接輸入打印計算機，添加合適的打印材料，可以直接完成打印和輸出施工所需的各種建筑物，大大降低了勞動強度和材料工期。3d碳碳打印材料技術產品具有綠色環保性和安全性。

二.3D打印技術的發展

目前3D型打印技術正處于快速成熟發展的新階段。從打印技術應用角度分析來看，3D打印技術可以輕松滿足大多數大型工業塑料應用不同場景的打印需求，可以輕松實現有色金屬和各種塑料相關零部件及加工成品的規模制造。其操作性能與中國傳統機械制造機的工藝相當。金屬構件的機械強度雖然優于其他鑄件，但強度低于其他鍛件。所有這種可提高焊接性的金屬都同樣可以直接使用3D級全打印技術。從企業成本控制角度看，3D打印已經在我國航空航天、軍事、醫療等高技術價值服務行業發展產生了巨大經濟效益。國產大型飛機采用機翼整體鈑金件的3D鍛造打印多層制造技術彌補了國產機翼鈑金件多層鍛造打印技術的不足。通過3D型全打印門鉸技術的廣泛應用，a30客機采用鈦合金整體門鉸結構實現了不規則門鉸結構件的整體輕量化生產設計和規模制造。

三.在建筑設計領域中3D打印技術的應用

隨著我國現代工業建筑技術的不斷發展，裝配式建筑產品如雨后春筍般不斷出現在現代人們的生活視野中。與其他傳統的建筑施工生產方法工程相比，裝配式建筑工程具有施工生產過程周期短、人員少、節省所用建筑材料等幾大優點[2]。

（一）預制裝配式建筑

目前，我國正在采用的新型裝配式高層建筑大多仍然是沿用我國原有的傳統施工工藝，而只是將材料加工后的場地全部進行了二次轉移。以中國建筑板材作為其范例，其主要生產加工過程主要包括加工制作建筑模型、固定建筑鋼筋、凝結水泥和脫模。相應的建筑構件以類似的施工方式進行制作并被輸送至建筑施工現場，房屋結構以"重疊漢"的整體形式進行建造。與普通結構建筑使用相比，預制結構建筑大大減少了使用時間管理成本和使用勞動力，減少了所受氣候變化影響，提高了預制建筑的使用安全性。然而，預制式的建筑也仍然有一定的技術局限性。當所有打印組件都必須進行打印和直接組裝時，組件的信息數據需要完全準確。否則，組件的安裝將變得非常困難。一旦發生錯誤，組件需要重新制作，這會增加生產成本。但是，如果在原有技術的基礎上增加3D打印技術，不僅可以解決數據錯誤等問題，還可以節約資源，更加環保，在一定程度上提高房屋的穩定性和安全性。

（二）BIM技術實現了3D打印建筑構件的價值

BIM技術是基于建筑物的所有數據構建原型。通過數字技術模擬建筑信息。在設計和施工階段，該技術可用于建立原型和創建施工圖。在BIM技術生成的圖紙中，每個構件都標有相應的尺寸、屬性參數等信息，所有構件都是密切相關的。如果任何組件的參數發生變化，相關組件參數也會相應變化。這樣生成的三維模型比手工生成的模型更嚴格.它密集準確，從肉眼的角度可以及時發現模型中的不足，從而提高建筑物的準確性和市場接受度。此外，只要在規定范圍內任意改變參數，就可以制造不同空間的建筑，而無需重新建立任何模板，節省材料和勞動力。它還可以為建筑設計師提供更廣闊的設計思路，滿足不同人群的需求。

四.結束語

3D裝配式建筑在建筑領域尚處于初步應用階段，但其成果不容忽視。3D打印技術作為一種應用廣泛的技術，在未來仍有良好的發展趨勢。利用3D打印技術對建筑進行全方位模擬，以其生產速度快、材料環保、成本低等優點，在建筑領域顯示出獨特的優勢。3D技術是智能建筑，促進我國建筑業的發展，對工程建設的智能化發展有著特別的意義。

參考文獻：

[1]金曉菁;陳繼民;.3D打印技術在建筑領域的發展及應用[C]// 特種加工技術智能化與精密化——全國特種加工學術會議.2017.

[2]潘建，袁雷，吳薇薇.裝配式建筑在我國的發展現狀及趨勢[J].住宅與房地產，2017（24）：143+295.

[3]謝英杰.3D打印技術在裝配式建筑的應用[J].現代物業（中旬刊），2018（12）.

作者簡介：

劉東浩（2001.11），男，漢族，山東汶上人，本科在讀。單位：山東理工大學建筑工程學院，

研究方向：工程管理，單位所在省市及郵編：山東省淄博市 255000

牛紫曼（2002.12），女，漢族，山東成武人，本科在讀。單位：山東理工大學建筑工程學院，

研究方向：工程管理，單位所在省市及郵編：山東省淄博市 255000