3D打印技术在建筑工程中的应用及发展李云舒

3D打印技术在建筑工程中的应用及发展李云舒

李云舒1李上2

1.宁夏大学宁夏银川750021；2.西安铁道技师学院陕西西安710038

摘要：随着世界人口的不断增加，建筑领域要不断引进新型技术来提高工作效率，把3D打印技术应用到建筑行业中打印出建筑模型，使设计的建筑以模型的方式直观出现在建筑师的面前，这种方法不仅快捷、低成本而且精美度高，得到了设计师的广泛认同。在设计阶段能实现设计师多种创意想法，对不同建筑类型的可行性进行分析。对特殊、复杂的设计及时提出有效的预估，找出缺陷并弥补不足，保障建筑工程最终的安全、可行的实施。就此，本文探讨了3D打印技术及其在建筑工程中的应用和发展。

关键词：3D打印技术；建筑工程；应用；发展

1.3D打印技术概述

在建筑领域里3D打印称为增材制造，就是从没有到有的一种增加材料的建造方式。在建筑行业中，3D打印主要流程是准备3D打印的模型文件，获取文件之后使用专用的3D打印机进行打印，待打印完成之后，进行后期工艺处理从而得到具有实用性价值的建筑结构。3D打印结合计算机，将所需要的建筑模型输入，加入适当的材料，就可以直接将所需的建筑打印出来，大大减少了人力施工和施工工期。它将设计、修建、材料应用、施工工序等融为一体，形成一个与传统工艺不一样的体系，同时具有绿色建筑的环保特性和装配式建筑的高效便捷与安全性。

1.1SLA技术

SLA技术也称为快速成型技术，将材料一层一层累加起来的技术。其所有的操作都是在电脑程序控制下进行的，电脑会根据输入的CAD空间模型，通过打印机喷嘴将材料精准堆积，还可以设定堆积的厚度、打印程度以及打印位置，缩短了施工工期，减少了大量的人力物力。

1.2FDM技术

FDM技术国内常称为熔融沉积成型技术，也是最具潜力的3D打印技术之一。这种技术通常用于建筑成型、装配构件以及建筑模型设计。此外，FDM技术还应用于制造模型和快速制造等方面。

1.3SLS技术

SLS技术又称为选择性激光烧结，是一种制作金属制品的工艺。现阶段选择性激光烧结技术能使用的材料比其他几种3D打印技术要多，其可使用的材料有蜡、纤维尼龙、合成尼龙等。SLS技术和FDM技术一样不需要支撑就可以进行叠加打印，与其他打印方式不同的是，SLS技术可以和传统建筑业相辅助来完成施工工艺。

1.4LOM技术

LOM技术，也被称为分层实体制造，是3D打印建筑领域中最具代表性的3D打印技术之一，也是国内使用的一种快速成型技术，但多使用纸材，薄片材料和热熔胶为原材料。

2.3D打印技术在建筑工程中的应用

2.1建筑设计

现阶段的打印技术还属于初级阶段，还有很多问题未找到解决方法，也就借鉴不了成熟的设计理论，这些问题主要就是要确定3D打印承受静定力的计算方法，确定墙面需多厚才能达到相应的载荷，3D打印建筑内部结构受力状况，理定内部载荷承接力公式，以及确定配筋率、抗拉抗压抗震能力等问题。

2.2建筑施工

虽然对于3D打印技术的研究目前还处于初级阶段，但随着国内外学者的不断探索研究，目前已有多座真实的建筑通过3D打印建成，并已投入使用。2013年D-Shape3D打印机的发明人EnricoDini与荷兰建筑师简加普合作使用无机粘结剂、砂砾层以及通过纤维强化混凝土进行填充，成功打印出一幢上下两层的小楼。2014年我国著名企业上海盈创建筑科技有限公司利用一台超大型的3D打印机，用时24h就成功打印出10幢小屋。2016年7月上海盈创公司用时19d在迪拜打印出全球首个办公室，同时在2016年8月打印出了全球首个“绿色环保厕所”等。

3.3D打印技术在建筑工程中的发展

3.13D打印建筑在商业上的发展

虽然3D打印技术已经慢慢的为人们所熟知，但现阶段的个大公司开发的成品更多的是一种类似效果图的产品，并没有真正形成可供出售的成品，不过，这种局面正在被打破。现阶段3D打印的商业应用主要体现在私人定制方面，可以说并没有统一的体系，不过，经过一定时间的发展，3D打印已经慢慢在形成“顾客—网络—服务者”的体系。3D打印建筑的另一个方向则是实现规模化生产。D打印建筑优势十分明显，由于现代更加严格的的建筑生产要求，传统的建筑模型已经无法完全满足现代工程的要求。传统建筑模型的制作过程多采用人手工制作，耗费人力和时间，不利于工程的如期进行，对于部分部件，手工制作的尺寸不够精确，不利于整体的模型制作，外形不够逼真，会使模型的效用大打折扣。3D打印技术在解决上述问题中具有明显的优势，首先3D打印技术能大大提高制作精度。3D打印产有很大的外形优势，机器控制精确，模型的外形更加逼真，色彩分明，接近真实事物。

3.23D打印建筑在教育行业的发展

3D打印建筑在各大领域迅猛发展，但在培养国家人才的高等院校中并没有如市场上那么火热，相反，3D打印建筑在高等院校中普遍发展缓慢，甚至有一部分学生对3D打印技术一无所知。实际上，3D打印建筑模型对学校教学有巨大的优势，特别是在工科教育领域，如工科高校教学中，在建筑专业、土木工程、桥梁工程、道路工程等专业，有大量的结构视频展示，比如各类梁、柱、钢筋骨架、桥墩等。如果这些众多结构模型利用3D打印技术实现规模化生产后，能为全国各大高校提供教学实物，使教学不再局限在文字和图片上，为学生能够提供真实的建筑实物感官，利于培养学生开放性思维。

3.33D打印在建筑工程项目上的发展

3D打印建筑远比打印打印其他东西难度更大，目前打印建筑都还处在实验阶段，还有许多问题有待解决。我国3D打印建筑距离当做社会活动实际使用还有较大困难，但如果用来为建筑工程增值，已经完全足够。当前3D打印技术在建筑工程中的应用前景主要集中在：在建筑工程项目开工到建筑建造完成的时间里，借用3D打印技术，将设计图纸按建造工序、施工时间、机具配置、施工现场布置等，配合施工图纸预先演练。比起平面的施工图纸更直观、更准确，甚至提前找到原先施工安排不足之处，提前进行施工过程的排错演练。（1）对于设计单位来说：在打印好的建筑零件组装过程中，发现错误，可以提前修改设计图纸，避免后期施工单位因设计变更而引起的变更索赔。（2）对于施工单位来说：可以通过立体的方式来进行建造过程的全面考虑，优化人员组织，优化施工工序，优化安全、质量、进度等组织设计，避免建造过程中的不利因素。（3）对于监理单位来说：3D打印模型可以帮助其明确质量监督重点，协调各类资源配置问题。（4）此外，对于建设单位而言，3D打印技术能够提前实现建设单位的各种要求，发现不合理或另外的需求及时更改方案，减少不必要的损失。

结语

3D打印是世界性建筑业的革命，打破了建筑行业部件设计完全依靠于生产工艺来实现的状况，使施工工地在生产的时候可以生产任何形状、任何复杂程度的建筑而不用考虑生产工艺问题。由于3D打印不需要复杂的机械加工以及磨具就能直接根据获取的数据打印出所需的建筑物，大大缩短了生产周期，提高了生产效率，同时对绿色环保做出了巨大贡献。

参考文献：

[1]程碧华，汪霄，潘婷.3D打印技术在建筑领域的应用及问题探析[J].科技管理研究，2018，38（07）：172-177.

[2]朱嘉辉.探究3D打印技术在建筑领域的应用及展望[J].建筑技术开发，2018，45（05）：77-78.

[3]魏万银.建筑工程建设中3D打印技术的实践研究[J].绿色环保建材，2018（02）：235.