3D打印技術在土木工程中的應用展望

近年來，隨著我國計算機科學技術的快速發展，各個方面都可能運用到3D打印技術，該項技術的目前也被廣泛的應用于土木建筑行業之中。尤其是近年來，CAD和3D打印技術在建筑行業應用更寬泛，技術間的融合使得在建筑行業的設計上擁有了更加廣闊的發展空間。隨著3D打印技術不斷發展，3D打印建筑物技術逐漸出現，因此，本文主要針對3D打印技術在土木工程中的一些應用進行研究，希望通過本文為廣大的從事土木工程設計的相關人員提供借鑒。

目前的3D打印技術不僅可以打印出小件的工藝品，而且還可以打印出汽車來，且能夠被廣泛的應用于建筑領域，據了解全球的第一座3D打印建筑有望在2014年問世，因此我們相信3D打印技術將會為土木工程帶來革命性的改變。3D打印建筑技術的基本原理是利用3D打印技術建造房屋，和其他3D打印不同的是，它需要一個巨型的三維擠出機械，并且它擠出的是混凝土，通過與計算機相連接，將設計藍圖變成實物。雖然在概念上設計起來很簡單，但實際上實施起來相當復雜，要解決的技術問題非常多。

3D打印技術在土木工程中的應用概述

1.首臺3D打印技術在土木工程中的應用

從EnricoDini發明的首臺大型的3D建筑答應機，該機器可以將4m高的建筑材料打印在建筑物上。在這臺打印機的底部有上百個噴嘴，可以噴射出鎂質的黏合物，并且在黏合物上噴撒沙子可以鑄成石質的固體。通過一層層地將黏合物和沙子間進行結合，最終打印出石質的建筑物。3D打印在工作狀態下，通過三維打印技術沿著水平的軸梁以及垂直柱往返移動，打印機的噴頭每次的打印的厚度僅為5～10mm左右。整個操作流程可以用電腦的CAD技術進行操控，建造完畢之后建筑體的質地類似于大理石，并且比混凝土的強度更高，不需要使用內置鐵管加固。由此可以看出普通的混凝土是無法完成內曲線、導管、分割線以及中空柱等建筑結構，因此普通的混凝土是無法滿足當前的3D打印建筑技術的需求。

2.目前3D打印技術在土木工程中的應用

目前的3D打印技術可以很大幅度的節約成本，并且還具有傳統建筑所不具有的綠色、低碳和環保等優勢。目前的3D打印技術不再需要數量非常龐大的建筑工程隊伍，從很大程度上節約了勞動成本和提升了施工生產效率。而且現在的3D打印技術可以解決其他方式很難解決的高成本曲線建筑造型打印，并且其打印的強度更高，質量更加輕的混凝土建筑物。但是就目前的3D打印技術的發展現狀來看，還不能夠完成大體積的建筑物打印，而只能夠通過打印構件來進行拼裝，因此3D打印技術還無法在高層建筑中進行打印，如果要打印出幾十層的建筑物，那么就需要設計出更加龐大的打印機，并且還要解決打印結構的強度問題。

3D打印技術在土木工程應用中的展望

首先，商品混凝土的原材料將會比現在的種類多出許多，應用的也將更為廣泛，例如膠凝材料，未來可能將樹脂材料、特種水泥材料，甚至是鎂質膠凝材料作為其主要材料，此外，對于粗細的要求將會更加嚴格，以滿足3D打印的實際需求，也有可能使用破碎工藝制造出現在沒有的材料，并且外加劑也將會產生較大的改變，材料運用的不用將在混凝土中的作用也存在著巨大的差異。為了能夠滿足3D打印需求，混凝土不僅需要在空氣中快速的凝結，而且其還應該具備優秀的流變性，骨料的粒徑將進一步的縮小，粒徑也更加趨于圓形，并且由于新型外加劑的使用，使得其能夠完美的解決各層間的結合

問題。

其次，混凝土在配合比的設計上，可能還需要一些新的成熟的理論支撐，這是由于3D打印使用到的混凝土與傳統混凝土有很大的差別，新的混凝土的各項性能也存在著巨大的差異，已經不是傳統的水灰比、砂率等能夠左右的，由于其性能發生了巨大的改變，如硬化能力、收縮能力等，目前的混凝土相關強度理論、水化理論等都無法應用到新的混凝土中。為了進一步的獲得更耐久、更高強度、更完美的拌合物性能，需要從新的角度去進行實踐，再得到新的理論，然后再不斷的完善理論，找出新的配合比設計方法，并建立起相關的計算模型、硬化模型、壽命模型等。

最后，由于3D打印機將會隨機不間斷進行工作，混凝土生產持續性上也會隨著3D打印的全過程不斷運轉。因此整個工程施工將會在一個周期或者是一次性完成，那么這就給攪拌系統提出了很高的要求，使得整個攪拌工作能夠在攪拌運輸車上完成。

結束語

隨著3D打印在未來的要求將不斷的提高，那么對于生產系統的要求也將進一步的提高，如混凝土攪拌的勻質性、計量的精度、生產的效率等，所以使得商品混凝土行業的門檻也將有所提高，同時還需要經過系統化專業培訓的工作人員才能夠生產出更優秀的商品，才能更好的滿足市場的需求。

（作者單位：徐州工程學院土木工程學院）