基于3D建筑打印技術(shù)所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

王 成 劉業(yè)釗 謝照松 劉 暢

(西南科技大學(xué) 四川 綿陽(yáng) 621000)

基于3D建筑打印技術(shù)所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

王 成 劉業(yè)釗 謝照松 劉 暢

(西南科技大學(xué) 四川 綿陽(yáng) 621000)

近年來(lái)，3D打印建筑在全球悄然興起，世界各國(guó)都掀起了3D打印的熱潮。作為一種先進(jìn)的制造技術(shù)，3D打印運(yùn)用于建筑上能大大減小建造時(shí)間，并且可用的材料多，因而受到越來(lái)越多人的青睞。但與此同時(shí)，3D打印建筑也還存在一些現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)3D打印建筑目前所面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)進(jìn)行探討，借以幫助我們更好的了解3D打印建筑，同時(shí)為3D打印建筑指明未來(lái)的發(fā)展方向。

3D打印建筑；機(jī)遇；挑戰(zhàn)

一、引言

3D打印建筑是通過(guò)3D打印技術(shù)建造起來(lái)的建筑物，它由一個(gè)巨型的三維擠出機(jī)械構(gòu)成，擠壓頭上使用齒輪傳動(dòng)裝置來(lái)為房屋創(chuàng)建基礎(chǔ)和墻壁，直接建造出建筑物。3D打印建筑代表了未來(lái)房地產(chǎn)市場(chǎng)發(fā)展到的新趨勢(shì)，并且已經(jīng)在全球掀起了一陣熱潮。麻省理工大學(xué)(MIT)研制出了整套3D打印設(shè)備，可以完整打印出一棟建筑物及其內(nèi)部裝飾，并且完全滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。谷歌也已經(jīng)宣布將在多倫多開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，同時(shí)迪拜也表示：到2030年，當(dāng)?shù)?/4建筑物將由3D打印完成。在中國(guó)，銀創(chuàng)建筑科技有限公司已經(jīng)和一些國(guó)內(nèi)著名房地產(chǎn)公司達(dá)成合作，即將在寧波、蘇州等十余座城市全面開(kāi)發(fā)由3D打印建筑構(gòu)成的小區(qū)。自此，3D打印建筑技術(shù)開(kāi)始邁向產(chǎn)業(yè)化，中國(guó)在未來(lái)將進(jìn)入“房地產(chǎn)4.0時(shí)代”。

二、D打印建筑的基本施工工藝

3D打印建筑技術(shù)是以信息集成技術(shù)與制造技術(shù)深度融合為特征的智能制造模式，實(shí)現(xiàn)了制造從等材、減材到增材的重大轉(zhuǎn)變。目前的3D打印建筑，是將整個(gè)建筑進(jìn)行模塊化分解設(shè)計(jì)，根據(jù)設(shè)計(jì)的三維模型數(shù)據(jù)，通過(guò)運(yùn)行程序?qū)⒉牧戏謱哟蛴≥敵霾⒅饘盈B加，最終將三維模型轉(zhuǎn)換為建筑實(shí)物，打印出的建筑實(shí)物再運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝。

三、D打印建筑所具有的優(yōu)勢(shì)

(一)施工速度快

據(jù)統(tǒng)計(jì)：利用3D打印技術(shù)，我們能在24小時(shí)內(nèi)打印出10幢200平方米建筑。也就是說(shuō)，3D打印建筑的施工速度與傳統(tǒng)建筑模式相比要快十倍左右，且建筑類(lèi)型、復(fù)雜性等因素不會(huì)增加建設(shè)成本。

(二)實(shí)際產(chǎn)品與設(shè)計(jì)之間的誤差小，制作的精度大

由于全程由電腦程序操縱，這種基于CAD設(shè)計(jì)等的施工建造產(chǎn)生的誤差極小，與易受各類(lèi)因素影響的傳統(tǒng)建筑施工方法相比，這是一種質(zhì)的突破。有了這種突破，建筑師們的思維將更加活躍，再也不用考慮自己的設(shè)計(jì)理念與現(xiàn)實(shí)之間的差距問(wèn)題。

(三)設(shè)計(jì)空間無(wú)限，可打握許多細(xì)節(jié)特點(diǎn)

3D打印對(duì)建筑行業(yè)的應(yīng)用將會(huì)解決許多傳統(tǒng)建筑行業(yè)的弊端。比如，現(xiàn)實(shí)生活中需要建造一些復(fù)雜的曲面和一些復(fù)雜的立體三維建筑，傳統(tǒng)的施工方法會(huì)產(chǎn)生很大的誤差，甚至不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。基于3D打印技術(shù)將很好的解決這些問(wèn)題，它能很精確的打印出許多復(fù)雜的模型并且能很好的滿(mǎn)足設(shè)計(jì)者和消費(fèi)者的心理預(yù)期。

(四)綠色環(huán)保

近年來(lái)，國(guó)外大量的技術(shù)公司已經(jīng)開(kāi)始開(kāi)發(fā)節(jié)能環(huán)保的3D打印原料，同時(shí)，3D打印建筑在施工過(guò)程中能建筑粉塵污染，減小霧霾，保護(hù)環(huán)境實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保。

四、D打印建筑所面臨的問(wèn)題

(一)打印機(jī)械的研制

打印機(jī)械是實(shí)現(xiàn)3D打印建造技術(shù)的重要工具，當(dāng)需要的打印的物品尺寸越大，相應(yīng)的打印機(jī)械也應(yīng)該越大。所以對(duì)于建筑物這樣的巨型成品來(lái)說(shuō)，要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)打印，就需要打印機(jī)械具有較大的尺寸或者較大的移動(dòng)范圍，同時(shí)，打印噴頭的性能直接影響到打印精度和打印效果。目前，雖然3D打印技術(shù)已取得了很大的發(fā)展，但就現(xiàn)在的打印機(jī)械的性能來(lái)說(shuō)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，所以在未來(lái)還需不斷地優(yōu)化，不斷地創(chuàng)新。

(二)成本問(wèn)題

目前來(lái)說(shuō)，高精度的3D打印機(jī)十分昂貴，所以相應(yīng)的3D打印建筑的價(jià)格也是不菲。如果想要使3D打印技術(shù)真正運(yùn)用到建筑行業(yè)中，降低成本是目前最重要的任務(wù)。

(三)打印材料的問(wèn)題

根據(jù)房屋建造對(duì)結(jié)構(gòu)材料技術(shù)指標(biāo)的要求，3D打印的梁、柱和墻暫不適宜作為房屋建筑結(jié)構(gòu)而被使用。這在很大一定程度上與3D打印目前的使用材料的性能有關(guān)，許多材料不滿(mǎn)足房屋承重結(jié)構(gòu)的要求。所以目前就需要研發(fā)出強(qiáng)度更大，變形能力更小，適應(yīng)性更好的打印材料，而這也是3D打印技術(shù)廣泛應(yīng)用過(guò)程中所亟需解決的問(wèn)題。

五、結(jié)語(yǔ)

隨著全球經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的發(fā)展，各國(guó)紛紛搶占未來(lái)產(chǎn)業(yè)制高點(diǎn)，所以3D打印建筑應(yīng)運(yùn)而生。3D打印建筑作為一種智能的制造模式，徹底打破了建筑施工在工業(yè)生產(chǎn)中的制約，為建筑的未來(lái)提供了無(wú)限的可能。實(shí)現(xiàn)3D打印建筑將使住宅工業(yè)化發(fā)展的必然趨勢(shì)，是適應(yīng)現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的必要需求，他對(duì)傳統(tǒng)建筑行業(yè)即是一次機(jī)遇，也是一次前所未有的挑戰(zhàn)。只有不斷的進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，緊跟時(shí)代發(fā)展潮流，才能在未來(lái)市場(chǎng)中贏得先機(jī)，獲得更大的發(fā)展。

[1]蘇達(dá).3D打印建筑結(jié)構(gòu)材料的性能研究[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì),2016,(07):52-54.

[2]蔡兵.3D打印建筑技術(shù)和干混砂漿行業(yè)的未來(lái)發(fā)展(摘要)[N].中國(guó)建材報(bào),2014-09-10(005).

[3]宋靖華,胡欣.3D建筑打印研究綜述[J].華中建筑,2015,(02):7-10.

王成(1997.7-)，男，漢，四川富順，本科在讀，西南科技大學(xué)。