3D打印技术在建筑业领域的应用

高磊 李宜森

摘要：如今建筑行业发展迅速，很多新技术也在建筑行业获得广泛应用，进一步促进了建筑行业发展。3D打印技术是现代科技研究的结晶，与传统建设方式有明显差异。在建筑业，尝试应用这一技术，也展示出较多优势。基于此，本文研究这一技术的应用。

关键词：3D打印技术;建筑领域;优势;应用

引言：

在科技力量的带动下，我国建筑行业发生了翻天覆地的变化，随着3D打印技术的强势加入，建筑行业必将迎来另一个发展高峰。在全球资源告急、人类生存环境下降的背景下，将3D打印技术进行有效运用，无疑可以进一步降低建筑能耗，打造出更加环保的新型建筑。

1、3D打印技术概述

相信人们对于打印技术并不陌生，3D打印技术即是在二维打印的基础上增加一个维度，这一过程运用数字模型做为基础，通过将具有粘合性的不同材料如塑料类、金属类等加入打印机中，就可以对其进行逐层打印，将这些材料形成一个整体。这种新型技术往往需要多学科支持，将包括信息、机电、数字建模等相关技术综合运用起来，才能实现有效应用。自3D打印技术诞生以来，经过多年发展，已在建筑、工业、医疗等多个行业进行了试验性应用，且均取得良好效果。目前来看，人们对于建筑外观与功能已不再局限于以往的实用性，通过3D打印技术就可以将混凝土等材料进行更新颖的组合设计，将以往传统技术无法实现的设计意图转变为真实的建筑物。

2、3D打印技术在建筑业的优势

2.1 简化传统施工技术

近些年来，人们对于建筑外观具有更多想像，但受限于传统建筑技术，这些想像难以转化成实际建筑，而3D打印技术突破了这一限制，使建筑形象与外观具有了更多可能。相比于传统建筑技术，3D打印技术可以使建筑外观更加立体，这一优势也得到众多建筑设计师的青睐。即使建筑结构与形状更为复杂，在3D打印技术的参与下，也可将其一次打印成型，大大简化了施工流程，为建设特色建筑打下了坚实基础。

2.2 符合现代环保主题

建筑业本身就是一个能耗大户，且在建设过程中各种扬尘、污水会给环境带来很大负担。就传统建筑行业来说，每一栋大楼的兴起，往往伴随着大量建筑垃圾的诞生，国家每年处理这些建筑垃圾的费用就是一个庞大数字。而运用3D打印技术后，建筑材料甚至可以重复使用，还可以进一步消耗原有建筑垃圾，这一功能是传统建筑技术无论如何也无法比拟的，在使城市建筑污染程度大大降低的同时有效节省了建筑材料。另外，3D打印技术受施工场地限制更小，建筑所用构件可以直接在工厂中生产出来，再运送到施工地点进行组装，与以往运送砂石等材料引起的扬尘污染来说，这一模式显然更为环保。

2.3降低了建筑人工成本

3D技术是建立在电子、智能等产业基础上，其建设过程无需过多工人参与，但却更为注重工人质量，工人的知识结构与业务水平对建筑质量起到了关键作用。从这一方面来看，建筑企业免不了进行一次较大的人力资源改革，裁掉一部分能力较低的建筑工人，这样一来，建筑用人成本也必将随之降低。

2.4提高建筑效率

运用传统建筑模式建造一栋大楼，需要诸如支模、绑筋、混凝土浇筑等一系列复杂流程进行支持，同时需要制定施工计划、调整人员配置、进行施工安全检查等程序进行配合，这些环节降低了整体建筑效率却缺一不可。3D打印技术应运而生后，可通过计算机将这些程序进行统一整合、规划，简化施工流程，再通过3D打印技术的一体成型功能来避免工程变更所引起的返工现象，使整体建筑工期大大缩减，有效提高了建设效率。同时，因运输成品比运输原材料更为方便，3D打印技术也使建筑运输成本进一步降低。

3、3D打印技术尚存问题

首先，3D打印技术在打印之前就应设计出三维模型软件，再根据该模型打印出建筑实物。而开发出与打印硬件相兼容的软件系统是现阶段制约3D打印技术发展的一大难题。其次，3D打印机本身对建筑尺寸的限制非常大，尤其是在打印高层建筑物时，打印机爬升难以精确控制，使打印的建筑尺寸很可能偏离预期设计。再次，3D打印技术对于建筑材料的要求比传统建筑模式更高，就混凝土一项来说，就需要其具有更好的强度、延展性、保温性、可塑性等，对于混凝土凝结硬化时间也提出了更高要求。

4、3D打印技术在建筑行业的应用

4.1建筑设计领域应用

3D打印技术的一大优势就是可以快速成型，这也是其核心技术，是对数控、机械、CAD技术与新材料科学等各种高新技术的综合应用。3D打印技术具有非常高的灵敏性、精确性与可塑性，可以将打印层厚度控制到0.01 mm，另外，对于建筑内外部的复杂结构，3D打印技术也可以轻松打印，这一功能对于建筑设计与市政布局模型具有重要意义，使以往几乎不切实际的设计猜想可以转变为实际建筑。

4.2建筑市场开发应用

4.2.1建设方案初始设计阶段

对于人们来说，在脑海中将2D图像转化为立体空间非常困难，往往付出极大精力也得不到准确结果，从而导致在开发大型建筑群时各方人员无法进行有效交流。3D打印技术能够使这一问题迎刃而解，通过打印立体模型能够直观地呈现出建筑建成后的状态，有助于人们观察建筑建成后对该区域其他物体的影响，从而对建筑形态与功能进行必要的更改。

4.2.2建设提交方案成果阶段

建筑工程的目的是建成一所完整、外观与功能都符合人们要求的建筑，建设过程中的每个环节都是为这一目的而服务。若是能够科学运用3D打印技术，通过其建模功能，就可以完美展现该建筑建成后附近空间的微缩景观，使有意向购买的客户更易于接受。同时，也可通过3D打印技术建模功能提前发现设计中的失误，从而及时变更。

4.2.3项目技术设计和营造阶段

3D打印技术发展到如今，已不仅仅局限于建筑外观设计，开发出了一系列更为精细的内外部风格处理功能，如内外饰材料、空间内部陈设与装饰等，这些功能为3D打印技术在建筑领域应用开拓了更为广阔的前景。

4.3在制造实体建筑方面的应用

建造房屋可以说是3D打印技术在建筑领域的基本应用，一般来说，需要在特定的工厂里将建筑模块打印出来，再运送至施工现场进行组装。实际建设过程与传统建筑工艺也有一些相通之处，需要先铺设地基，再根据图纸打印出墙壁结构，并对梁与柱的位置进行钢筋置入及混凝土浇筑。从外观上看，3D打印技术制造的墙体有着横向或纵向的雕饰样纹路。

结束语

综上所述，3D打印技术颠覆了人们对于传统建筑行业的认知，使现代建筑更富有个性化特征，同时可以大大提高建设效率，并降低建设过程中产生的各类污染，对于我国现阶段而言具有重大意义。3D打印技术在建筑行业发展前景十分广阔，因此，有关人员应对其在建筑领域的应用进行更深入研究，以促进环境与建筑之间和谐发展。

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