3D打印在景觀設計中的運用

田潔

（閩江學院海峽學院 福建福州 350108）

1 3D打印技術概述

快速成型的概念早在20世紀80年代就已經被提出，現在，這種快速成型的概念已成現實，并被大家稱之為3D打印技術。目前3D打印技術已經被運用到了多個領域之中，此技術在工業、醫藥、汽車、建筑、軍事、教育等多方面都有著顯著的成就。如今，3D打印已經不是什么新奇的名詞，在國內，大部分學校都已經有了3D打印機，通過結合三維軟件技術生成模型打印成實物，使得學生在創新能力和動手能力上都有了很大提高。國內建筑景觀界對期關注度也越來越高，尤其是隨著參數化設計以及數字化建筑景觀的盛行，更多的設計師都是基于建筑景觀形態復雜性和異形化的基礎上進行設計，當傳統的建造技術無法實現或實現困難時，3D打印就成為了最佳選擇。近些年來，國內對于3D打印景觀復雜性形態的成果還較少，基本是主要體現在建筑實踐上，將3D打印技術應用到景觀設計行業，這是一種創新的表現，也是行業發展需求的趨勢。在突破了傳統建造模式限制的基礎上，增大了景觀形態的可能性，使得3D打印景觀的復雜性也從幻想變成了現實。

2 3D景觀打印技術與傳統景觀相比優勢

（1）從本質上來講，大部分景觀具有戶外性的特點，景觀小品、設施講究成品的形體感和空間特性，部分異形的制作方式一般是通過翻制、鍛造、鑄成不同材質的成品。在此制作過程中，按照一比一的比例，需要反復調整和修改，每一次的工序都必不可少，針對一些體量很大的景觀小品，還需縮小比例做模型，所耗費的人力物力時間跟3D打印出成品相比差別巨大。3D打印運用參數化設計，通過熔融沉積成型技術、立體光固化技術、三維印刷技術、選區激光燒結技術、激光成型技術、紫外線成型技術根據不同材料進行選擇，以達到快速成型目的。設計師僅需通過參數化模型進行修改調整，從而節省了大量的時間，提高了工作效率。

（2）眾所周知，景觀是依托于場所而存在的，在景觀設計過程中，要本著場所精神，對于場地的植物、小品、水系、道路等有個全方位的考量，要做統籌設計，景觀的尺度、形態、色彩等都尤為重要。3D打印可以通過在三維設計軟件中，打造宏觀的該場景景觀設計，模擬真實環境下的景觀設施等狀態，在整個場景的設計下，對局部的景觀元素進行任意的拉伸、縮放，調整尺寸、形態和配色，選擇和場地環境相匹配的景觀設計元素。最后按照一比一的比例根據不同的材質直接打印出來，從而造成在施工過程中，因為施工方對尺寸、形態和色彩搭配存在誤差所產生的紕漏。可以說，3D打印可以還原自己設計最原始的面貌，從而更真實的達到設計師的設計意圖。

（3）傳統的建筑和景觀在施工過程中難以避免產生建筑垃圾，景觀施工過程中石材、木材等均會產生大量的建筑垃圾。3D打印景觀同時和3D打印建筑一樣，可以使用原有的浪費的建筑垃圾，實現了建筑垃圾的再回收利用，這樣可以有效地緩解建筑垃圾的堆積，減輕了自然環境的壓力。從而提高了生活環境質量，減少了垃圾廢棄物的排放。

（4）在安全性上，3D打印會引起普通民眾的質疑。尤其是地震等自然災害對于建筑景觀本身的安全性提出了考驗。加利福尼亞的設計師芬·麥克利奧德為此設計出了防震3D打印柱，不需要磚塊和泥漿的前提下，建造3D打印沙子來承受最大負荷的地震狀況。其中，地震柱是由可堆疊的空心磚組合而成為扭轉結構，從而抵抗地震區最為強烈的震動。柱子本體向內傾斜3～5°，用印度砌體技術進行3D打印制造。通過3D打印的荷載安全性，使用一般在30～50年。

（5）另外，3D打印是不受環境和場地制約的，2013年倫敦建筑公司在月球進行了首座月球房屋的打印建造，由機器人利用先進的3D打印技術，利用月球上的土壤轉變成建筑材料，底部是模塊化管道，上面是充氣式圓頂，以月球土壤為材料，通過D-Shape3D打印機在圓頂上打印出一層類似泡沫的輕質結構，能容納四個人居住，不僅可以幫助人類抵御潛在的隕石攻擊，有可以防輻射和保溫等功能。可見，3D打印可以使用建造區特有的材料進行建造，成為一種新型環保建造類型。此結構無形中肯定了3D打印的存在性和其可以發展的新的高度，同時展示出3D打印技術可以創造接近自然生物系統的結構的潛在能力。

3 3D景觀打印技術的展望

3.1 設計軟件的革新

目前為止，作為二維平面圖形繪制而長期使用的AUTOCAD軟件一直被廣泛應用，設計師利用AUTOCAD進行平面圖形繪制，然后導入3DMax進行三維建模。這種方式一直沿用至今，由于簡單的建模無法滿足設計師的想法，為了更準確的表達，設計軟件需要更精準的利用數字化語言去模擬自然界甚至物理界的任何幾何形態，捕捉萬物的連續性和復雜性將其轉化為單一的二進制單位輸入計算機中。一般在軟件中通常用X、Y和Z坐標對其進行定位去獲取物體的形狀，但景觀設計師去繪制一個復雜的景觀形態時，沒辦法簡單用一兩個坐標去設置物體，需要一系列的坐標去定位3D模型。這種計算機語言的開發，可以避免手動繪制所產生的誤差，通過新的插件或新的軟件的開發，去除掉重復設計并能精準記錄計算數據，景觀設計師可以隨意切換設計圖紙的狀態，輕易修改數據進行操作。當換做其他人接受這項設計時，也可以看懂設計意圖并可修改和3D打印。這樣設計軟件不僅可以快速提高工作效率，還減少錯誤的發生。這種數字化技術的革新，為3D技術形成提供了技術的支持。

3.2 數字化景觀的未來

相比其他進步而言，目前的設計軟件仍然存在一定的問題，即不能詳細繪制物件的內部細節，也不能用圖形化的模式進行建模并無法將復雜的多種材料加以混合。3D打印打破了不能對原始形狀進行幾何化編輯的局限，3D打印可以制造出傳統制造模式無法生產的復雜異形，尤其在景觀設計空間中，一些景觀節點上的異形設施，因為無法實現以及實現困難造成設計本身比較缺乏亮點，3D打印滿足的了大量新型景觀設計空間的標準要求。傳統的曲面建模軟件只對物體表面進行設計，缺乏對內部結構的設計，這就造成了景觀元素只能欣賞，缺乏了人的參與性在里面，因為實用價值較低。3D打印以一種全新的方式將多種材料進行結合制造，不僅改變了傳統材料的性能，創造出前所未有的新型復合材料，又打印出更多復雜多變的部件。在未來的景觀世界，數字化對現實的捕捉將會是新的突破口，無論是CAD、3DMAX、SKETCHUP或犀牛，都在努力實現軟件與現實之間的便捷式轉換，人們通過數字化模式進行修改，這個進程是一個可逆的過程。數字化建造下的3D打印景觀將會在建筑景觀領域出現新的發展趨勢。