3D打印技術，賦能智造未來

張可欣

近些年來，3D打印正在全球掀起一場真正的數(shù)字化革命。以智能化、數(shù)字化、信息化技術的發(fā)展為基礎，以現(xiàn)代基礎制造技術對大規(guī)模生產(chǎn)流水線和柔性制造系統(tǒng)的改造為主要內(nèi)容，以基于可重構生產(chǎn)系統(tǒng)的個性化制造和快速市場反應為特點，將從根本上解決傳統(tǒng)制造系統(tǒng)下新產(chǎn)品開發(fā)周期、產(chǎn)能利用率、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量、個性化需求等主要產(chǎn)業(yè)競爭要素之間的沖突，實現(xiàn)生產(chǎn)制造的綜合優(yōu)化和運營效率的大幅提升。

2021年12月2日，由中國科學技術協(xié)會主辦，北京空間智筑技術有限公司承辦，豐科世紀孵化器|中關村豐臺園3D打印數(shù)字維創(chuàng)中心協(xié)辦的青年科學家沙龍圍繞“在大宗固廢利用背景下的智能建造技術創(chuàng)新與應用示范”主體展開交流。大宗固廢利用背景下的智能建造創(chuàng)新技術如何獲得長足發(fā)展？應用示范方面如何實踐？來自固廢領域、3D打印智能建造領域、建筑設計、材料、施工與工藝等領域及相關經(jīng)濟、政策、產(chǎn)業(yè)、戰(zhàn)略的眾多專家提出了專業(yè)的見解。

3D打印技術賦能建筑創(chuàng)新發(fā)展

人們將3D打印技術稱作“上上個世紀的思想，上個世紀的技術，這個世紀的市場”。因為其起源可以追溯到19世紀中期，在業(yè)內(nèi)的學名為“增材制造”，一直只在業(yè)內(nèi)小眾群體中傳播，直到20世紀80年代才出現(xiàn)成熟的技術方案。隨著時間的推移，3D打印技術逐漸走向成熟。它自問世以來便受到了廣泛關注，它不同于普通打印機以墨水和紙張為主進行生產(chǎn)工作，而是以金屬、陶瓷、塑料、砂等實實在在的原材料進行生產(chǎn)工作。

隨著時代的發(fā)展，“綠色建筑”、“生態(tài)建筑”、“環(huán)保建筑”等新興理念在建筑領域得到了廣泛的宣傳，通過3D打印技術生產(chǎn)出來的產(chǎn)品能夠滿足建筑領域的使用。它不僅能夠滿足國家提出的產(chǎn)業(yè)轉型發(fā)展目標的要求，更是為我國建筑業(yè)發(fā)展指明了方向。

北京空間智筑技術有限公司總經(jīng)理張永虹接受《中關村》雜志采訪時表示，3D打印技術在建筑領域的應用主要分為兩個方面：建筑設計階段和工程施工階段。建筑設計階段主要是制作建筑模型，在這個階段設計師可以將虛擬模型直接打印為建筑模型;工程施工階段主要是利用3D打印技術建造建筑，通過“油墨”即可快速完成工作。這樣節(jié)省能耗，有利于推進城市化進程和城鎮(zhèn)化建設。在建筑領域中如果有完整的規(guī)范，它將有替代傳統(tǒng)建筑方法的趨勢。隨著信息資源的共享交流加快，許多方面都與國際逐漸接軌，因此人們在生活許多方面都有越來越多的要求，在建筑領域也不例外，新型的建筑設計要求越發(fā)復雜化，3D打印技術促進了建筑領域的發(fā)展，也成為了現(xiàn)在必不可少的新工具。

LplusDesign品牌首席設計師、原聯(lián)想消費PC設計高級總監(jiān)李鳳朗在沙龍活動中分享道，“3D打印技術已經(jīng)應用到生活的方方面面了，如何通過技術改善生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)人與自然更和平、持續(xù)的發(fā)展，這應該需要考慮的問題。而3D打印建筑如果能夠打造出適合人類居住的建筑，讓沙漠、戈壁為我們所用，這更將是技術最偉大的地方。”

南京大學建筑規(guī)劃設計研究院有限公司副總建筑師鐘華穎闡述，建筑師從材料的角度來認知固廢回收利用，從單純的性能走向建筑美學，甚至性能與美學的結合利用，這種變化不限于建筑領域，整個建造領域都在發(fā)生改造，一種單一材料的使用到兩種不同材料混合一體成型的，這在建筑行業(yè)研發(fā)三維打印塑性技術中得到體現(xiàn)，三維打印模具、混凝土灌入后脫模的建造方法是用新的手段來詮釋材料的使用，不管從性能還是應用都有很大的突破。材料的認識到材料新的應用方式再到新產(chǎn)品的產(chǎn)生、新產(chǎn)品的應用反過來促進固廢的回收利用，這種體系轉變也促進了新的產(chǎn)業(yè)提升。

3D打印技術將改變企業(yè)核心競爭力所依賴的資源基礎。一方面，制造的戰(zhàn)略功能被重新定義。在傳統(tǒng)的創(chuàng)新系統(tǒng)中，產(chǎn)品生產(chǎn)的一般模式是“產(chǎn)品設計—產(chǎn)品開發(fā)—產(chǎn)品制造”，所謂的產(chǎn)品創(chuàng)新主要指的是實驗室的產(chǎn)品設計和開發(fā)，制造僅僅是實現(xiàn)創(chuàng)新的一個環(huán)節(jié)。而隨著全過程數(shù)字制造技術的成熟，設計、開發(fā)和制造的一體化產(chǎn)品發(fā)展將使傳統(tǒng)的線性創(chuàng)新過程變?yōu)橐惑w化的并行創(chuàng)新過程，制造直接成為創(chuàng)新的一部分，制造現(xiàn)場像實驗室一樣成為創(chuàng)新的場所，制造生產(chǎn)成為企業(yè)創(chuàng)新系統(tǒng)的一部分。另一方面，3D打印技術將促進由大企業(yè)競爭優(yōu)勢向小型化、分散化創(chuàng)業(yè)企業(yè)的競爭優(yōu)勢轉變。由于目前前沿制造技術的開發(fā)和應用仍然需要大規(guī)模的研發(fā)投入等前期投入，制造與研發(fā)的協(xié)同效應可能加強一體化大企業(yè)的競爭優(yōu)勢，因此只有大企業(yè)才有能力和動力率先投入和使用先進制造技術。然而，以3D打印機為代表的新興制造技術也能提高小型化、分散化經(jīng)營的經(jīng)濟性。由于制造可以完成于小型工場之中、個人案頭之上，創(chuàng)意—設計—制造可以通過創(chuàng)業(yè)者甚至是一個人在短時間內(nèi)完成，因此對個性化的市場反映更加敏捷，個性化制造和網(wǎng)絡開放創(chuàng)意社區(qū)發(fā)展大大加速的同時，也帶來了市場商機和經(jīng)濟效益，提高了產(chǎn)品的競爭能力。

北京空間智筑技術有限公司總經(jīng)理張永虹分享建筑3D打印技術及應用

清華大學建筑學院教授、清華深圳國際院未來人居研究院常務副院長徐衛(wèi)國在沙龍上舉例機器人3D打印混凝土建造技術基于數(shù)字建筑設計及機器人自控系統(tǒng)。它將3D打印技術與特種混凝土材料技術相結合，是一種創(chuàng)新型房屋及環(huán)境智能建造技術，這項技術對建筑產(chǎn)業(yè)競爭將起到極大的推動作用。

該技術適用于新農(nóng)村住宅、經(jīng)濟房、步行橋、圖書屋等應用場景。其技術優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面，一是打印設備尺寸小造價低、易于運輸、易于維護、易于推廣;二是打印設備適應性強，可在空間中靈活運動，打印多種形態(tài)的目標對象;三是可打印不同種類的產(chǎn)品，包括低層房屋建筑、裝配式建筑構件、園林小品及環(huán)境飾品;四是開放性的軟件系統(tǒng)，在自帶軟件平臺上，可添加新的設計或操作模塊;五是智能機器臂本體可換掛其它工藝設備，進行其它工種的智能建造或加工如切削、打磨、噴涂等。

南極熊創(chuàng)始人潘學松表示，目前中國的建筑3D打印技術處于全球領先位置，但在商業(yè)化方面、太空3D打印和政策支持方面，國外走在了前面。建筑3D打印技術在國內(nèi)有著巨大的應用潛力，但在標準制定、成本核算、建筑許可、廢渣再利用、減少碳排放等方面需要各方力量的共同推進。

3D打印智能建造技術是未來發(fā)展的趨勢，作為智能制造的核心組成部分，3D打印行業(yè)正在迎來更大的市場。