分析建筑材料中3D打印技術的應用

張春波

（貴州交通產業發展股份有限公司 貴州貴陽 550000）

3D打印技術自從面世以來，就受到了各個行業工作人員的廣泛關注，通過觀察與分析，不難發現，3D打印技術與二維打印技術在具體應用過程中存在較大區別，其是利用砂石、金屬、塑料等各種實體材料，通過打印，完成實體制造的一種技術。近幾年，人們在建筑行業中通過對3D打印技術進行應用取得了不錯的成績，并且促進了我國建筑行業的綠色發展，因此加強對該項內容的分析是必要的。

1 3D打印技術

3D打印技術通常將數字模型文件作為基礎，在具體操作過程中，采用塑料或金屬粉末等可以完成粘合的材料，利用噴嘴將材料擠出，然后逐層打印，最終構成一個期望的物體。之所以將該項技術稱作3D打印技術是因為，該項技術在工作中參照了傳統打印機的工作原理，具體加工與傳統噴墨打印具有較高的相似度，不同之處主要體現在，3D打印技術在打印過程中采用的為各種原材料，而傳統打印應用的為噴墨打印。

20世紀90年代3D打印技術出現，但是在出現的初期階段，該項技術在應用過程中，由于受到成本和技術方面因素的影響，并未取得理想的進步與發展[1]。而隨著人們對該項技術研究的不斷深入，以及科技水平的不斷技術，3D打印技術水平得到了明顯提升，我國也加強了該項技術的研究，并且從實際情況來看取得了不錯的成績。

2 3D打印技術在建筑材料中應用的優勢

在建筑材料中的3D打印技術進行應用的優勢主要體現在以下幾點：

（1）可以縮短工期。

（2）不會因為建筑結構復雜、形狀等原因導致工程的成本增加，間接的降低了工程的建設成本。

（3）依據CAD設計圖，整個流程不需要施工人員的干預，完全可以通過電腦程序完成相應的操作，可以節省大量的人力，并且可以避免人為操作原因而引起的誤差，確保了建筑材料的性能滿足建筑工程的需求。

（4）保護環境。

3 3D打印技術在建筑材料中的具體應用

建筑行業經過了漫長的發展，在該過程中，采用了各種各樣不同類型的建筑材料，但是在各種不同類型的材料中，能夠對3D打印技術進行應用的材料并不多，目前我國采用的3D打印技術并不成熟，在對3D打印技術進行分析與研究過程中通過結合國外的研究成果可以發現，3D打印機對塑料與樹脂材料具有不錯的打印效果[2]。因此，人們在建筑行業的研究中，合理的將3D打印技術應用在了樹脂砂漿方面。

我國一些發達的城市對3D打印技術的應用相對比較成熟，例如上海，在建筑工程行業中，對建筑廢料進行合理應用，將其作為3D打印原材料，在具體生產過程中，通過一系列的合理加工、粉碎磨細、加入水泥、纖維等，最終使其成為“油墨”狀態，完成以上操作后，再利用3D打印機完成相應的打印操作。

3.1 打印GRG材料

GRG材料指的是GRG專用石膏，將石膏作為原材料展開打印，然后采用連續剛性較強的原材料和玻璃纖維進行混合，最終制造出新產品，將其合理的應用的建筑工程中，該類型的建筑材料在實際應用過程中，具有強度高、透氣好等多項優點[3]。在體育場、劇院、會展中心等類型的建筑都可以對GRG材料進行應用，并且從大量的建筑工程實例來看，該材料的應用也取得了不錯的成績。

3.2 混凝土材料打印

混凝土材料打印是我國建筑工程中最常用的一種建筑材料，通過與國外的應用現狀進行對比可以發現，無論是在傳統建筑上，還是在對3D打印技術進行應用的建筑中，在整個建筑工程中，混凝土材料所占的比例都較大。混凝土材料在建筑工程中的應用的一項主要優勢就是具有不錯的可塑性，因此在對其進行打印時，并不需要支撐模，并且具體打印工作是通過電腦控制的方式完成對混凝土材料的科學調整，然后利用噴頭將打印出具有一定形狀的混凝土構件。

現階段，隨著科技的發展，人們在建筑行業中，可以將混凝土材料與“輪廓工藝”合理的結合在一起，從而成為一種成熟的技術。除此之外，受科學技術快速發展影響，3D打印建筑材料得到智能打印也得到了深入研究，并且成為了建筑行業中發展過程中，人們關注的一項焦點內容。3D打印混凝土材料，充分結合信息科學，具有尋優、感知強、驅動控制良好等多項技術優點，從而使3D打印技術可以在建筑領域中與智能一體化進行有機結合，具有多種完善仿生功能，使打印建筑物與周圍的環境相適應，促進我國建筑行業向智能化方向發展。

4 3D打印技術在建筑材料中應用需要加強的內容

4.1 提高材料結構性能

材料打印期間，材料需要通過輸送管道，然后經過打印頭的打印，最終才能成型，這也使打印材料自身具有不錯的和易性。需要注意的是，若打印期間，中上層發生材料堆積，將會對下層材料造成一定壓力，若短期內，下層材料并未達到一定強度，下層材料將會因為受壓力影響，發生變形，進而將會對整個建筑的質量造成不良影響。因此，打印材料的初凝速度要快，并且需要初凝強度要高，只有這樣才能滿足建筑工程的需求。

4.2 凝固硬化

材料凝固硬化是打印建筑必要考慮的一項問題。通常來說，溫度會對材料的凝固硬化速度造成一定程度影響。春夏秋季施工，若溫度處于14～28℃內，讓材料正常固化即可，并不需要人工干預。若溫度處于5～14℃，要加快材料凝固硬化，若溫度處于28～38℃內，要適當延緩凝固硬化時間。若在溫度低于0℃的環境下施工，要制定嚴謹的凝固硬化方案，確保工程的最終質量能夠達到要求標注，為人們提供一共高質量的工程。

4.3 加強對建筑表面美觀性的研究

3D打印技術采用的為逐層堆疊，完成第一層打印后，需要待第一層凝固硬化后，再進行第二層打印，通過層與層間的緊密粘結，確保墻體的整體性能夠達到要求標準。受這種特殊打印技術的影響，層與層間的光滑程度不理想，導致建筑表面不夠美觀，這也使人們需要重點研究的一項內容。

4.4 完善相關規范

雖然3D打印技術出現已經有一段時間，并且人們從未對其的研究與應用，但是，該技術在建筑領域中的應用時間并不長，建筑行業中缺少相關的規范對該項技術的應用進行規范，通過3D打印技術建設的建筑的性能和使用年限與普通建筑是否相同，還有待驗證，而為了實現對3D打印技術應用的規范，要不斷完善相關規范，避免3D打印技術在應用過程中出現各種問題。

5 結束語

3D打印技術在建筑領域中應用還處于發展階段，將該項技術合理的應用在建筑領域中，可以減少人力和物力的消耗，并且可以確保工程在工期內竣工。通過3D打印技術制造的材料的硬度、強度、性能等方面需要時間的檢驗，因此，人們還需要加強對3D打印技術的深入探討，使其能夠更好的為人們服務。

[1]鄭金庫，梁起瑞，周浩，等.3D打印技術的研究與應用述評[J].科技與創新，2016（13）：1～3.

[2]費倩儒.3D打印技術的研究現狀與在建筑行業的應用前景[J].科技風，2017（15）：1.

[3]季安康，王海飆.基于BIM的3D打印技術在建筑行業的應用研究[J].科技管理研究，2016，36（24）：184～188.