3D打印建筑材料相关概念辨析

殷浩轩

摘 要：伴随着计算机控制技术的逐渐研发，越来越多的领域中都可以应用到计算机控制设备。3D打印技术与建筑行业相互结合产生3D打印建筑材料，该种建筑材料的出现了建筑行业发展，在全世界范围内取得了关注。基于此，在本文中针对3D打印建筑材料的一些基本性问题进行研究，以探求3D打印建筑材料的相关机理等，希望相关的研究能够促进建筑行业发展。

关键词：3D打印；建筑；材料

3D打印技术是第三次工业革命的重要标志，该种技术也被称为是一种快速成型技术，在医疗、模具、航空航天、汽车等领域中应用广泛。近年来，3D打印技术在建筑领域中的应用取得了较好的成绩，如3D混凝土技术的应用，带动了建筑行业的发展。在未来，3D打印建筑材料的应用将会更加的广泛，因此，对于该种技术的相关研究，对于建筑领域的发展具有较为积极的意义。

1 基本概念

1.1 3D快速成型

3D打印快速成型技术的应用，有效的提升工业生产的效率。小到日用的杯具，大到汽车发动机等复杂模型的生产，都可以在3D打印成型技术支持下来实现。在CAD设计基础上，能够直接打印出模具产品，将产品从图纸设计中直接打印为实物，在该种3D打印技术的支持下，工业生产实现了一体化[1]。

1.2 3D打印建筑

美国加州大学工业与系统工程教授洛克将3D打印建筑称为“轮廓工艺”。

3D打印建筑的产生是在龙门架支持下，借助空间X轴、Y轴、Z轴三个方面的结构变化，来产生建筑模型。龙门架实现在Y轴方向上的运动，打印头实现X轴方向上的运动，悬挂杆实现Z轴方向的运动。以此，在空间坐标系的变换下，产生平面层的堆积，最终产生不同类型的建筑结构。

1.3 3D打印材料

当前，3D打印建筑施工中所应用的材料研发还不成熟。在我国上海的3D打印建筑施工中，所应用的打印材料为废弃材料，将废弃物研磨粉碎，搅拌水泥、纤维、以及有机粘合物，制成膏状“油墨”，进行建筑3D打印。美国则采用树脂砂浆类、粘土类的材料进行打印。

2 3D打印建筑材料的性能分析

3D打印建筑材料的性能优越，与传统的建筑材料相比，其强度有了一定的提升，同时具备保温节能的特点。从建筑材料的整体应用上分析，3D打印建筑材料经济性能凸显。

2.1 强度

3D打印建筑材料的强度高低决定了其在建筑中应用形式，当前，我国的3D打印建筑材料可以应用在12層建筑施工中，该种建筑材料的应用抗压强度为1.5MPa3.5MPa，该种建筑强度的建筑能够满足临时应用和展览应用目的。由于我国的建筑类型与国外建筑类型不同，在美国12层建筑能够满足居民生活需求。而在小高层、超高层建筑需求较大的情况下，应用3D打印建筑材料的抗压强度需要达到20MPa以上[2]。

2.2 保温节能

建筑节能是建设可持续发展社会的重点内容，3D打印建筑材料的应用，其分为两种类型，一种是保温节能建筑材料，另一种是非保温节能建筑材料。前者在材料研发中所采用的是树脂型材料打印墙体蜂窝结构，该种结构能够起到较好的节能目的。而非保温节能建筑材料的应用是制造出空腔墙体，该种墙体的灵活性比较高，如果想要提升其保温性能，也可以向其中填充泡沫材料或者是再次浇注发泡材料。从3D打印建筑材料的发展方向上分析，一次打印成型的3D打印建筑材料有可能是多种材料也可能是多种功能的复合材料。基于3D打印建筑材料的多元化，能有效的满足建筑施工需求，还能够从结构、保温、装饰等方面实现功能性打印。

2.3 抗震性

对于建筑领域而言，抗震性能的提升一直是建筑行业的研发重点，那么如何将3D打印建筑材料从油墨状态转换为钢筋混凝土结构、或者玻璃钢结构，是3D打印建筑材料研发的关键。从钢筋混凝土研发的思路出发，预制钢筋混凝土构件、轻钢筋结构、木结构等都需要与3D打印建筑材料相互结合，以提升建筑框架结构、剪力墙结构的稳定性。

3 3D打印建筑材料的性能优化

3D打印建筑材料的性能决定着建筑施工质量，那么为了提升3D打印建筑材料的性能，需要从3D打印材料的固化等方面进行优化。3D打印建筑材料的固化会受到温度、养护等条件的影响，因此，在进行材料的固化环节中需要严格的控制好3D打印建筑材料的参数。当环境温度为2838℃时，配比类型为缓凝，打印速度需要控制在100150mm/s，打印的厚度为80150mm；当环境温度为1428℃时，配比类型为正常，打印速度需要控制在150250mm/s，打印的厚度为5080mm；当环境温度为514℃时，配比类型为加速，打印速度需要控制在50100mm/s，打印的厚度为20mm。

在打印材料养护环节中，需要保障两个问题，第一为强度的增强，第二为避免材料的开裂。通过水泥类无机凝胶材料拌合打印材料，保证环境的温度和湿度，避免建筑材料出现水化和凝结[3]。

4 结论

3D打印技术作为新兴产业已经在建筑行业小有应用。这种新兴科技可以极大地提高工业生产效率，发展潜力巨大。3D打印建筑材料的性能优越，与传统的建筑材料相比，其强度有了一定的提升，同时具备保温节能的特点。尽管3D打印有些许缺陷，但对于有限大小和部分材料的生产是可以胜任的。因此，从建筑材料的整体应用上分析，3D打印建筑材料经济性能凸显。

参考文献：

[1]丁烈云，徐捷，覃亚伟.建筑3D打印数字建造技术研究应用综述[J/OL].土木工程与管理学报，2015，32（3）：110.

[2]肖绪文，田伟，苗冬梅.3D打印技术在建筑领域的应用[J].施工计术，2015，44（10）：7983.

[3]武威，王正君，赵春梅.3D混凝土打印技术现状及发展前景[J].黑龙江水利，2015，1（12）：1720.