探討3D打印技術在土木工程中的應用與展望

王偉臣

摘要： 隨著社會經濟的不斷發展和科學技術的不斷進步，3D打印技術作為一種新型的科學技術，其已在多個行業領域中得到了廣泛的應用與發展，其中在土木工程中的應用則是3D打印技術的一大體現。本文主要對3D打印技術在土木工程中的應用與展望進行了一定的分析與探討，旨在一定程度上有效發揮3D打印技術的重要功能，并進一步促進土木工程行業的發展。

Abstract： With the continuous development of the social economy and the increasing progress of science and technology， 3D printing technology as a new technology has been widely applied and developed in many fields， including application in civil engineering which is a reflection of the 3D printing technology. This paper mainly discussed and analyzed the application and prospect of 3D printing technology in the civil engineering， in order to make the 3D printing technology effectively play an important function to a certain extent， and further promote the development of the civil engineering profession.

關鍵詞： 3D打印技術；土木工程；應用；展望

Key words： 3D printing technology；civil engineering；application；prospect

中圖分類號：TU18 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）05-0085-02

0 引言

在現代化的發展過程中，3D打印技術不僅可以打印出小件的工藝品，且還可以打印出大型的物件，如汽車、建筑物等，因此當前該技術已被廣泛地應用于土木工程建設領域中。在實際作業過程中，將3D打印技術應用于工程建設中，其可以有效地改善傳統的工程建設模式，并可以大大地提高建設的效率，降低工程的成本支出，對緩解社會壓力具有非常重要的作用。

當前，人們已逐漸對3D打印技術在土木工程中的應用進行了一定的分析與研究。

1 3D打印技術其特點

1.1 制造精度高

目前在經濟市場中使用的3D打印成型的精度都比較高，其基本上都可以控制在0.3mm以下，其中一些3D打印成型的最高精度還可以達到0.025-0.05mm，而這種精度就可以在一定程度上滿足大多數產品的需要，這為充分發揮3D打印技術的特點也奠定了良好的基礎條件。

1.2 制作周期較短

在傳統的模型制造過程中，其往往都需要經歷一系列的工序流程，如從模具的設計到模型的制作，再經過模型的修整等工序，從而才可完成模型的整個制作過程。其中，在經歷一系列的工序制造時，其本身就需要花費較長的周期，因此不僅大大浪費了人力、物力，且還會在一定程度上影響制作工程的進度。但是通過使用3D打印技術，其可以大大地縮短作業的時間，3D打印技術作為一種新型化的技術方法，其可以有效地去除模具的制作過程，從而為模具的有效生產提供了良好的發展條件。

1.3 個性化制作

3D打印技術通過使用CAD技術，從而不僅可以有效地避免傳統制造工藝復雜的生產流程，且還能將設計圖紙上的連續物理層的疊加也打印出來，這對實現產品的多樣化具有極其重要的作用。

1.4 制作材料的多樣性

3D打印技術的使用可以有效地實現不同材料的打印或者是多種材料的混合打印，從而可以滿足制作材料的多樣性特色。

1.5 成本節約

3D打印技術作為一種新型化的技術，其在一定程度上有效地改善了傳統加工制作方法的弊端。在實際應用過程中，3D打印技術通過采用更加便宜、可靠的新材料來進一步節約加工成本，且對于社會生態環境來說，3D打印技術的使用具有更加環保的特色。

2 3D打印技術在土木工程中的應用

當前，3D打印技術已在多個行業領域中得到了廣泛的應用與發展，其在土木工程中也不例外。隨著人們生活水平的不斷提升，人們對土木工程的質量已提出了更高的要求，而3D打印技術也成為促進土木工程發展必不可少的新工具。

下面主要對3D打印技術在土木工程中的應用進行了一定的分析。

2.1 3D打印技術在工程建筑模型中的初步應用

3D打印技術在土木工程建筑設計中具有著非常重要的作用，目前人們已對土木工程提出了更高的要求，因此設計師對工程建筑的設計上也逐漸趨向復雜化，而在現代化的發展過程中，傳統的制作模型方法已不再適應于現代社會的發展需求，因此3D打印技術便成為設計師必不可少的工具。通過使用3D打印技術，其可以將一個完整的建筑模型打印出來，而在此作業過程中工作人員只需將建筑物的立體數據輸入電腦中，然后按打印鍵，3D打印機就會根據相應的數據打印出立體實物。該打印時間的過程并不是很長，只需要幾分鐘而已，從而大大地提升了制作土木工程建筑模型的效率。

此外，用3D打印機打印出來的建筑模型不僅可以大大地吸引顧客的注意，且還能滿足顧客對工程建筑模型審美的要求，且由于建筑模型與實體建筑的相似度極高，因此人們對3D打印技術的應用也給予了足夠的重視與關注。

2.2 3D打印技術在土木工程應用中遇到的問題

雖然3D打印技術已在土木工程中得到了廣泛的應用與發展，但是在實際作業過程中，3D打印技術仍然在其中存在一定的問題而影響土木工程的進一步發展。

其一，由于3D打印技術在靜態形狀的處理上已取得了較好的成績，但是其在動態形狀的處理上卻仍缺乏有效的清晰度，在實際作業過程中，3D打印機的精度和工作效率是受到機器比例的影響的，機器越大越難生產，從而也便出現打印機器的限制問題。

其二，3D打印技術的使用還存在著一定的安全問題，首先使用3D打印技術制造出的土木工程的結構是否與傳統行業制造出來的一樣堅固，這一問題仍值得人們進一步研究；其次工程建筑的抗震性是否滿足相應的要求也值得人們進行深入的探討；此外工程建筑的耐撞擊性也需要國家出臺相應的標準進行進一步的檢驗。由此可知，這些問題的存在都給3D打印技術的運用帶來了一定的挑戰，其仍需要相關人員對此進行深入的分析與研究。

2.3 D打印技術在土木工程中的實例論證

隨著科學技術的不斷發展，3D打印技術已逐漸出現在土木工程研究者的視野中，因此3D打印建筑便也隨之產生。在實際生活中，意大利一研究者發明了世界首臺大型建筑3D打印機，這臺打印機的底部有許多噴嘴，可以噴射出鎂至黏合物，并在黏合物上噴撒砂子，從而逐漸鑄成石質固體，再通過一層層地黏合物和砂子的結合，最終形成石質建筑物，進而通過使用建筑材料可以成功打印出高4米的建筑物。如圖1所示，即為大型建筑3D打印機打印出來的工程建筑物。同時，在上海青浦也相繼出現了一批3D打印工程建筑，該研發者主要是將回收的建筑垃圾與玻璃纖維作為打印原料，然后采用自行設計的組裝打印機械完成建筑工程的“打印”。此外，在荷蘭的一家建筑企業中，其也開始進行一棟大樓的打印，在其施工過程中主要是運用3D打印機來打印預制件，并將其像積木一般壘積起來以完成相應的打印作業。

由此可見，3D打印技術已在實際生活中具有著非常廣泛的運用，一方面3D打印技術在打印的過程中不僅可以進行建筑工程表面的平整，且還能提高打印建筑表面的光滑度和精確度，從而避免重復施工；另一方面，3D打印技術可以加大每層打印的厚度，提高建筑工程的施工效率，對提高建筑工程的結構性能具有非常重要的作用。

3 3D打印技術在土木工程應用中的展望

首先，在土木工程領域中，由于商品混凝土的原材料將會比現在的種類多出很多種，且其應用也會更加廣泛，在土木工程領域中，人們可能將樹脂材料、特種水泥材料甚至是鎂質膠凝材料作為其主要材料。因此，為了有效地滿足3D打印的實際需求，3D打印機的使用材料也會得到一定的更新，新型化材料的使用對有效解決土木工程中各層間的結合問題具有著非常重要的作用。

其次，由于3D打印機會隨機進行不間斷地工作，因此在土木工程中，其混凝土生產的持續性問題也會隨著3D打印機進行不斷地運轉，而這種情形的產生則有利于整個土木工程項目可以在一個周期內或者是一次性完成，這對土木工程的發展具有非常重要的作用。但同時，其也在一定程度上增強了攪拌系統的質量要求，以利于促進攪拌工作的正常開展。

4 結束語

綜上所述，3D打印技術在土木工程建設中具有著非常重要的作用，因此相關人員需對此給予一定的重視與關注，以在一定程度上加強對3D打印技術的分析與研究，通過充分發揮該技術的功能來進一步促進我國土木工程建設的發展，從而也為我國社會經濟的發展奠定良好的基礎。

參考文獻：

[1]陶雨濛，張云峰，陳以一，王偉，童樂為.3D打印技術在土木工程中的應用展望[J].鋼結構，2014（08）：1-8.

[2]楊宇.3D打印技術在土木工程中的應用展望[J].現代裝飾（理論），2014（11）：217.

[3]張萍，閆宇，李苗，劉翰然，賈杰.3D打印機在高校土木工程教學中的應用探討[J].山西建筑，2016（15）：229-230.

[4]申明亮，丁栗，李曉紅.3D打印技術在水利水電工程施工中應用研究[J].中國農村水利水電，2015（01）：134-136.

[5]姜杉，安蔚瑾，徐健，林夢霞.基于3D打印技術的工程圖學實踐環節設計[J].教育教學論壇，2015（19）：160-161.

[6]張皓，安宇塵.3D打印技術在建筑工程領域的應用與前景[J].山西建筑，2016（11）：17-18.

[7]王文濤，劉燕華.3D打印制造技術發展趨勢及對我國結構轉型的影響[J].科技管理研究，2014（06）：22-25，30.

[8]王月圓，楊萍.3D打印技術及其發展趨勢[J].印刷雜志，2013（04）：10-12.