3D打印技术的研究现状与在建筑行业的应用前景

摘 要：本文梳理了3D打印技术的概念，分析了国内外各领域3D打印技术的研究趋势，重点研究了建筑邻域3D打印技术的研究现状，同时指出了该技术在建筑业的应用前景，以期为下一步深入研究3D打印技术提供有益的参考。

关键词：3D打印；研究现状；建筑业；应用前景

3D打印思想最早出现于19世纪末，直到20世纪80年代人类才制造出了第一台3D打印机。3D打印是一种可以运用真实材料建造实体的快速成型技术，目前已经应用到许多学科领域。基于此，本研究以3D打印技术概念为立足点，分析了国内外各领域3D打印技术的研究趋势，重点研究了建筑邻域3D打印技术研究现状，同时指出了其在建筑业的应用前景，以期对进一步研究3D打印技术有所启示。

一、3D打印技术概念

3D打印技术是一种制造过程，利用实体材料将读取的信息逐层打印出来，再将其以各种方式粘合起来制造出实体，缩短了大量制造时间，提升了成品精准度，现逐渐用于产品或零部件的直接制造。

二、国内外3D打印技术研究现状

国外3D打印技术已有30多年的历史，已在航空航天、汽车、生物医疗等领域得到广泛应用，我国对于3D打印技术的研究还处于初步阶段，相比先进国家依然存在着较大的差距。2015年国务院发布的《中国制造2025》规划纲要中，至少有六处指出3D打印，凸显出我国对于该技术的重视。本文以“CNKI”作为文献样本来源，“3D打印”为检索词，搜索20082016年内发表的核心期刊论文（包括被CSSCI、EI及SCI收录的文献），共获取1065篇，发现从2013年起关于3D打印的论文数量迅速攀升，说明3D打印技术已成为当前各领域学者关注的一个热点内容，也将成为未来研究的重点。

三、3D打印技术在建筑领域研究现状

（一）建筑设计

目前3D打印机在建筑设计领域上应用广泛，在建筑设计阶段主要用来制作建筑模型。于雷指出设计师可打印出1：1实体构件来直观评估其形式与功能[1]。因此3D打印技术是一种高效的设计辅助工具，其可视化、立体化可以增加设计师创作时的感知，有利于设计方案的确定。

（二）沙盘制作

过去沙盘制作一般需找专业公司制作配件，再整体组合，过程复杂、时间长、费用高、细节精度低，而3D打印机可直接将三维图打印出来，对精细度、时间及难度都有了很大提高。所以利用3D打印技术制作的沙盘较传统沙盘制作有了质的飞跃，必将成为今后发展趋势。

（三）工程施工

目前3D技术在工程施工方面的应用主要有美国的“轮廓工艺”、英国的“Dshape”及英国的“混凝土打印”。

1.轮廓工艺

2001年美国加州大学教授Behrokh提出“轮廓工艺”技术 [2]，以水泥砼为材料，利用计算机控制3D打印机按照设计图逐层打印房屋轮廓，再用机械手臂完成其基本构架。经过多年发展，轮廓工艺愈渐成熟，国外有团队已开始研究在月球上建造太空基地的可能性[3]。

2.Dshape

2007年意大利工程師Enrico提出了一种通过喷挤粘结剂来选择性胶凝硬化逐层砂砾粉末实现堆积成型的方法及Dshape[2]。该技术所用材料并非水泥材料，而是砂砾粉末，打印成型的构件强度高、整体性好，大幅降低了碳排放，但其打印过程缓慢，构件尺寸受机械限制且成本高。

3.混凝土打印

国外研究学者Richard等人研发了新型水泥基浆体材料，并成功打印包含精确定位孔洞的混凝土面板及墙体等[4]。而我国对3D打印技术的使用也有了很大突破。清华大学冯鹏等采购了美国Z Corporation公司生产的3D打印机，研究了工程结构中可能采用的粉末和液体混合胶凝体系的3D打印结构的细观特征和力学性能[5]。

总之建筑3D打印建造技术的研究还刚刚起步，尚存在许多问题，距离真正应用于房屋建筑的建造还有较大差距。而且，3D打印技术在社会经济效益评价方面还处于空缺，还需在技术工艺发展成熟、机械材料成本得到有效控制后才能真正应用于各个领域。

四、3D打印技术在建筑行业应用前景

本研究将其在建筑行业应用的发展前景归纳为以下3点。

（1）用于建造应急性、临时性建筑。3D打印的建造成本相对于传统人工低、周期短，一旦发生地震等自然灾害，可为灾民提供住所。

（2）设计可视化。设计师可通过3D打印技术更加灵活地调整设计以达到最优化。

（3）不规则建筑。3D打印建筑是一种精细化数控操作方式，比人工建造更精准，更能将建筑实体完整制造出来。

五、结语

3D打印技术作为现代信息技术的一个主要部分，在许多领域已有了显著成果。本文通过研究其在建筑领域中的应用现状，发现3D打印技术的研究还存在许多弊端，尚存在许多问题没有得到有效解决，如建筑材料等问题，使得距离真正应用于高层房屋建筑还有较大差距，因此下一步应集中研究解决3D技术在建筑领域应用的局限性，争取在3D打印建造技术的局部领域有所突破，以加快建筑产业现代化的发展步伐。

参考文献：

[1]于雷.三维打印技术在建筑设计中的互为反馈作用[J].住区，2013（6）：6570.

[2]Soar R.The Role of Additive Manufacturing and Physiomimetic Computational Design for Digital Construction[J].Architectural Design，2012，82（2）：126135.

[3]Khoshnevis B，Thangavelu M，Yuan X，et al. Advances in Contour Crafting Technology for Extraterrestrial Settlement Infrastructure Buildup[C].AIAA SPACE 2013 Conference and Exposition，2015.

[4]蒋佳宁，高育欣，吴雄，等.混凝土3D 打印技术研究现状探讨与分析[J].混凝土，2015（5）：6265.

[5]冯鹏，孟鑫淼，叶列平.具有层状结构的3D打印树脂增强石膏硬化体的力学性能研究[J].建筑材料学报，2015，（2）：115.

作者简介：费倩儒（1993），女，汉族，陕西西安人，硕士，研究方向：工程项目管理。