浅谈3D打印技术在工程建设技术上的应用

李楠楠　弓磊

【摘要】随着现代科技的迅速发展，一些新兴的科学技术和一些依靠新技术而产生的机器正在影响着人类的生活，甚至说在不断改变我们的生活。而如何将工程建设技术存在问题有效地依靠3D打印技术来解决，将会产生重大影响。工程建设技术的每一次的完善都会使生产力产生巨大的飞跃，将3D打印技术应用到工程建设会很大程度的解决过去工程建设中的施工技术困难，工期时间长，投资成本过高等一系列难题。而成本的降低会使房价更加稳定降低，房地产经济的回暖，有效的带动经济和社会的稳定发展。本文从3D打印技术与工程建设技术的各个方面进行概括描述，通过各种实例来表明二者相互结合运用的巨大优势，也证明了这是一种社会发展的必然趋势。

【关键词】3D打印技术；应用；工程建设技术；生产力的飞跃

引言

将3D技术有效应用于工程建设将会使传统的工程建设发生重大改变，有效的提高建设效率，降低工程成本，有效的缓解现今房价带给社会的压力，在建筑业和房地产行业将会产生重大变革。

1.3D打印技术概述

1.1 3D打印的定义

3D打印（3DP）即快速成型技术的一种，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。它是一种以数字模型文件为基础，来进行打印的技术。

1.2 3D打印技术的应用领域简介

3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。最初被应用于各种模型的制造这些方面，后来被应用于一些产品的直接生产，和完全使用这种技术而生产的产品。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

2.3D打印技术在工程建设领域中的应用

2014年8月，在上海张江高新青浦园区内有10幢3D打印建筑被交付使用，作为上海市内动迁工程的办公用房。这些所有的建筑墙体都是用建筑垃圾制成的特殊“油墨”，依据最初设计的图案和建筑模型，由一台3D打印机经过一步步打印而成，在经过仅仅24个小时最终成功的建造了这10幢别墅。这在当时的建筑行业产生了巨大的反响。而造成这种效应的原因就是“3D打印技术”。利用光固化和不断的纸层折叠等技术快速安全的形成人们所需要的电脑中的模型。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。这打印技术称为就称为3D打印技术。原本需要施工工期更长，施工难度更大的，施工手续更加复杂的，施工成本更高的项目在3D打印技术的合理应用，产生了更加科学，更加经济适用的结果。

2.1 3D打印技术在工程建设领域上应用的优势

2.1.1极大的缩短了施工时间

2015年7月17日上午，由3D打印的模块新材料别墅现身西安，建造方在三个小时完成了别墅的搭建。据建造方介绍，这座三个小时建成的精装别墅，只要摆上家具就能拎包入住。在传统的施工建设中，一幢别墅从勘探，设计，采购，施工，试运行等一系列完备的施工过程，至少需要一年的时间。而在运用3D打印技术的情况下，有效的缩短了施工建设时间，在极短的时间内产生了相同的工作效益，提升了工作效率。

2.1.2大幅度的降低了施工所需要的成本

在房地产市场火爆的今天，房价居高不下，所有建筑房屋的材料价格也是让人无可奈何。而3D打印技术的材料，就是利用了人们之前施工建筑的废料。2014年1月，数幢使用3D打印技术建造的建筑亮相苏州工业园区。这批建筑包括一栋面积1100平方米的别墅和一栋6层居民楼。这些建筑的墙体由大型3D打印机层层叠加喷绘而成，而打印使用的“油墨”则由建筑垃圾制成。而降低了施工成本，意味着房价的降低，房地产市场居高不下这一局面的改变，解决了这一社会难题，使住不起房的时代离人们远去。

2.1.3降低了施工难度

传统的施工过程中有许多不可避免的困难，而这些问题对所有的施工人来说都是挑战。而3D打印技术有效的避免了所有施工中的困难，如：天气，夜间施工，地质地形，雨季施工等一系列难题。3D打印技术可以在有限的空间内，足够的材料情况下，不断制造出各种施工所需要的建筑。解决了传统施工带给人们的困难，让人们更加有效率的去解决问题。减小了各种建筑物构筑物一些精细的误差，在3D打印技术的电脑模型中，人们可以做到所有精细数据和器物的准确。

2.1.4全新的建筑方式，适用于各种建筑建设中

不光在房屋施工建设中人们可以使用这一工艺，在道路建设、桥梁架设、海底隧道的建设等所有的建筑建设活动中，都可以使用3D打印技术，在这种新型工艺的帮助下，可以不断的提升建设效率，带给人们全新的居住使用的体验。

3D打印技术必然会在不久的将来应用在人们的建设活动中，在工程建设这一领域产生重大变革。让更多需要它的人为之收益，产生出更多的社会财富，带来重大影响。

2.2 3D打印技术在工程建设领域上应用的挑战

2.2.1材料的限制

虽然高端工业印刷可以实现塑料、某些金属或者陶瓷打印，但无法实现打印的材料都是比较昂贵和稀缺的。另外，打印的材料也有诸多限制，而且打印机也无法支持正常生活中所遇到的各种材料。研究者们在多材料打印上已经取得了一定的进展，但除非这些进展达到成熟并有效，否则材料依然会是3D打印的一大障碍。

2.2.2知识产权的忧虑

在过去的几十年里，音乐、电影和电视产业中对知识产权的关注变得越来越多。3D打印技术也会涉及到这一问题，因为现实中的很多东西都会得到更加广泛的传播。人们可以随意复制任何东西，并且数量不限。如何制定3D打印的法律法规用来保护知识产权，也是我们面临的问题之一，否则就会出现泛滥的现象。

2.2.3人们对这一技术的怀疑和不认可

在工程建设速度提高的情况下，人们不禁会对3D打印技术应用而生的建筑产生怀疑，人们会怀疑它的材料，怀疑它的质量，怀疑它是否禁得起时间的考验等一系列问题。这些问题会影响这一工艺融入工程建设中，带来挑战，而这些问题，需要不断由时间去证明，有成功的房屋去向证明3D打印技术是可以完美融入施工工艺中。

3.3D打印技术在我国工程建设领域上应用的对策建议

随着经济社会发展的转型升级，建筑行业得到了快速发展。建筑施工的质量要想有保证，则必须加强建筑施工技术管理，优化施工技术管理，通过提高安全施工技术，确保在安全施工，降低安全事故的基础上，提高工程施工的质量，改善建筑使用性能。而我国3D打印行业整体上发展不错，设备、材料、软件等核心领域都能够不同程度实现自给，但是在发展过程中也遇到了很多挑战，3D打印技术缺乏了主导的企业发展，稳定的发展模式，还有，目前市场的前景也是不容乐观，核心的技术，器材，软件还需要进口。因此，我国3D打印行业与国外还有不小的差距。所以说，我国3D打印产业化发展还有很长的路走。

第一，大力发展3D打印技术，充分的应用发展，做到重点技术重点突破；

第二，在宏观方面，国家应该给与足够的政策自由，为核心技术的发展做好环境准备，迎接新技术的到来；

第三，在市场方面，做到不断开拓市场，将3D打印技术应用到各个方面，充分发挥3D打印的比较优势，推动3D打印在传统产业的应用；

第四，从事3D打印技术的人才应不断推陈出新，表现出良好的学术氛围。

2015年8月23日，中共中央政治局常委、国务院总理李克强主持国务院专题讲座，讨论加快发展先进制造与3D打印等问题。在不断的发展中，3D打印技术会更加发展，而与工程建设的融合势不可挡。

4.3D打印技术在工程建设领域中的经典案例简介

2014年年初荷兰DUS建筑工作室计划在阿姆斯特丹3D打印一座全尺寸的运河房屋。荷兰建筑师将在现场用一个特制的打印机打印房屋的组成部分，预计该工程将在6个月内完工，该特制的3D打印机高3.5米，位于一个集装箱内。每个建筑部件都讲先以1：20的打印比例打印出来进行检验，再以1：1比例打印。不同于普通工厂打印的具体情况，该建筑设计安装施工团队，计划建成一个施工现场作为一个活动场地，房屋的第一层和外立面用聚丙烯材料打印，然而他们希望最终可以在现场使用可以重复利用的生物塑料或塑料来进行打印。该建筑的每个房屋每个细节的设计都致力于研究特定的主体，也就是在最小成本，最优方案，最少时间，最少工作的前提下来实现依靠3D打印技术来完成房屋设计建筑的每一步。比如用“马铃薯粉”作为材料打印厨房。用建筑废料打印墙面。如果该建筑建成后想移走建筑，也只需要将其拆卸成部分再运到另一个地方拼装。充分表明了3D打印技术在工程方面的方便性，可拆装性等一系列优点。

5.结语

社会的发展离不开科学技术的进步，工程建设技术的未来发展离不开3D打印技术，而3D打印技术会大力推动发展工程建设技术，二者相互联系，相互作用，共同进步。3D打印技术的进步对于房地产市场和整体经济有着重要影响，从点点滴滴，方方面面的去影响和改变人们的生活方式。不久的将来，3D打印技术有可能会代替现有的部分传统施工工艺，成为新兴施工技术要求的重要组成部分，提高效率，节约成本，使建筑工程施工技术上一个新的台阶。我们不得不在现在就时时关注这个新兴科学技术，深入发掘它的潜力，为我们建筑行业所用，让它成为我们建设领域中的一种重要技术手段。

作者简介

1、李楠楠（1987.11），女，山东省巨野县，汉族，大连财经学院，助教，硕士研究生，从事工程项目管理、建设项目可持续发展研究.

2、弓磊（1994.6），男，内蒙古自治区包头市，汉族，大连财经学院，工程管理专业本科在读.