探讨3D打印技术在土木工程中的应用与展望

王伟臣

摘要： 随着社会经济的不断发展和科学技术的不断进步，3D打印技术作为一种新型的科学技术，其已在多个行业领域中得到了广泛的应用与发展，其中在土木工程中的应用则是3D打印技术的一大体现。本文主要对3D打印技术在土木工程中的应用与展望进行了一定的分析与探讨，旨在一定程度上有效发挥3D打印技术的重要功能，并进一步促进土木工程行业的发展。

Abstract： With the continuous development of the social economy and the increasing progress of science and technology， 3D printing technology as a new technology has been widely applied and developed in many fields， including application in civil engineering which is a reflection of the 3D printing technology. This paper mainly discussed and analyzed the application and prospect of 3D printing technology in the civil engineering， in order to make the 3D printing technology effectively play an important function to a certain extent， and further promote the development of the civil engineering profession.

關键词： 3D打印技术；土木工程；应用；展望

Key words： 3D printing technology；civil engineering；application；prospect

中图分类号：TU18 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）05-0085-02

0 引言

在现代化的发展过程中，3D打印技术不仅可以打印出小件的工艺品，且还可以打印出大型的物件，如汽车、建筑物等，因此当前该技术已被广泛地应用于土木工程建设领域中。在实际作业过程中，将3D打印技术应用于工程建设中，其可以有效地改善传统的工程建设模式，并可以大大地提高建设的效率，降低工程的成本支出，对缓解社会压力具有非常重要的作用。

当前，人们已逐渐对3D打印技术在土木工程中的应用进行了一定的分析与研究。

1 3D打印技术其特点

1.1 制造精度高

目前在经济市场中使用的3D打印成型的精度都比较高，其基本上都可以控制在0.3mm以下，其中一些3D打印成型的最高精度还可以达到0.025-0.05mm，而这种精度就可以在一定程度上满足大多数产品的需要，这为充分发挥3D打印技术的特点也奠定了良好的基础条件。

1.2 制作周期较短

在传统的模型制造过程中，其往往都需要经历一系列的工序流程，如从模具的设计到模型的制作，再经过模型的修整等工序，从而才可完成模型的整个制作过程。其中，在经历一系列的工序制造时，其本身就需要花费较长的周期，因此不仅大大浪费了人力、物力，且还会在一定程度上影响制作工程的进度。但是通过使用3D打印技术，其可以大大地缩短作业的时间，3D打印技术作为一种新型化的技术方法，其可以有效地去除模具的制作过程，从而为模具的有效生产提供了良好的发展条件。

1.3 个性化制作

3D打印技术通过使用CAD技术，从而不仅可以有效地避免传统制造工艺复杂的生产流程，且还能将设计图纸上的连续物理层的叠加也打印出来，这对实现产品的多样化具有极其重要的作用。

1.4 制作材料的多样性

3D打印技术的使用可以有效地实现不同材料的打印或者是多种材料的混合打印，从而可以满足制作材料的多样性特色。

1.5 成本节约

3D打印技术作为一种新型化的技术，其在一定程度上有效地改善了传统加工制作方法的弊端。在实际应用过程中，3D打印技术通过采用更加便宜、可靠的新材料来进一步节约加工成本，且对于社会生态环境来说，3D打印技术的使用具有更加环保的特色。

2 3D打印技术在土木工程中的应用

当前，3D打印技术已在多个行业领域中得到了广泛的应用与发展，其在土木工程中也不例外。随着人们生活水平的不断提升，人们对土木工程的质量已提出了更高的要求，而3D打印技术也成为促进土木工程发展必不可少的新工具。

下面主要对3D打印技术在土木工程中的应用进行了一定的分析。

2.1 3D打印技术在工程建筑模型中的初步应用

3D打印技术在土木工程建筑设计中具有着非常重要的作用，目前人们已对土木工程提出了更高的要求，因此设计师对工程建筑的设计上也逐渐趋向复杂化，而在现代化的发展过程中，传统的制作模型方法已不再适应于现代社会的发展需求，因此3D打印技术便成为设计师必不可少的工具。通过使用3D打印技术，其可以将一个完整的建筑模型打印出来，而在此作业过程中工作人员只需将建筑物的立体数据输入电脑中，然后按打印键，3D打印机就会根据相应的数据打印出立体实物。该打印时间的过程并不是很长，只需要几分钟而已，从而大大地提升了制作土木工程建筑模型的效率。

此外，用3D打印机打印出来的建筑模型不仅可以大大地吸引顾客的注意，且还能满足顾客对工程建筑模型审美的要求，且由于建筑模型与实体建筑的相似度极高，因此人们对3D打印技术的应用也给予了足够的重视与关注。

2.2 3D打印技术在土木工程应用中遇到的问题

虽然3D打印技术已在土木工程中得到了广泛的应用与发展，但是在实际作业过程中，3D打印技术仍然在其中存在一定的问题而影响土木工程的进一步发展。

其一，由于3D打印技术在静态形状的处理上已取得了较好的成绩，但是其在动态形状的处理上却仍缺乏有效的清晰度，在实际作业过程中，3D打印机的精度和工作效率是受到机器比例的影响的，机器越大越难生产，从而也便出现打印机器的限制问题。

其二，3D打印技术的使用还存在着一定的安全问题，首先使用3D打印技术制造出的土木工程的结构是否与传统行业制造出来的一样坚固，这一问题仍值得人们进一步研究；其次工程建筑的抗震性是否满足相应的要求也值得人们进行深入的探讨；此外工程建筑的耐撞击性也需要国家出台相应的标准进行进一步的检验。由此可知，这些问题的存在都给3D打印技术的运用带来了一定的挑战，其仍需要相关人员对此进行深入的分析与研究。

2.3 D打印技术在土木工程中的实例论证

随着科学技术的不断发展，3D打印技术已逐渐出现在土木工程研究者的视野中，因此3D打印建筑便也随之产生。在实际生活中，意大利一研究者发明了世界首台大型建筑3D打印机，这台打印机的底部有许多喷嘴，可以喷射出镁至黏合物，并在黏合物上喷撒砂子，从而逐渐铸成石质固体，再通过一层层地黏合物和砂子的结合，最终形成石质建筑物，进而通过使用建筑材料可以成功打印出高4米的建筑物。如图1所示，即为大型建筑3D打印机打印出来的工程建筑物。同时，在上海青浦也相继出现了一批3D打印工程建筑，该研发者主要是将回收的建筑垃圾与玻璃纤维作为打印原料，然后采用自行设计的组装打印机械完成建筑工程的“打印”。此外，在荷兰的一家建筑企业中，其也开始进行一栋大楼的打印，在其施工过程中主要是运用3D打印机来打印预制件，并将其像积木一般垒积起来以完成相应的打印作业。

由此可见，3D打印技术已在实际生活中具有着非常广泛的运用，一方面3D打印技术在打印的过程中不仅可以进行建筑工程表面的平整，且还能提高打印建筑表面的光滑度和精确度，从而避免重复施工；另一方面，3D打印技术可以加大每层打印的厚度，提高建筑工程的施工效率，对提高建筑工程的结构性能具有非常重要的作用。

3 3D打印技术在土木工程应用中的展望

首先，在土木工程领域中，由于商品混凝土的原材料将会比现在的种类多出很多种，且其应用也会更加广泛，在土木工程领域中，人们可能将树脂材料、特种水泥材料甚至是镁质胶凝材料作为其主要材料。因此，为了有效地满足3D打印的实际需求，3D打印机的使用材料也会得到一定的更新，新型化材料的使用对有效解决土木工程中各层间的结合问题具有着非常重要的作用。

其次，由于3D打印机会随机进行不间断地工作，因此在土木工程中，其混凝土生产的持续性问题也会随着3D打印机进行不断地运转，而这种情形的产生则有利于整个土木工程项目可以在一个周期内或者是一次性完成，这对土木工程的发展具有非常重要的作用。但同时，其也在一定程度上增强了搅拌系统的质量要求，以利于促进搅拌工作的正常开展。

4 结束语

综上所述，3D打印技术在土木工程建设中具有着非常重要的作用，因此相关人员需对此给予一定的重视与关注，以在一定程度上加强对3D打印技术的分析与研究，通过充分发挥该技术的功能来进一步促进我国土木工程建设的发展，从而也为我国社会经济的发展奠定良好的基础。

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