3D打印技術，賦能智造未來

張可欣

近些年來，3D打印正在全球掀起一場真正的數字化革命。以智能化、數字化、信息化技術的發展為基礎，以現代基礎制造技術對大規模生產流水線和柔性制造系統的改造為主要內容，以基于可重構生產系統的個性化制造和快速市場反應為特點，將從根本上解決傳統制造系統下新產品開發周期、產能利用率、生產成本、產品質量、個性化需求等主要產業競爭要素之間的沖突，實現生產制造的綜合優化和運營效率的大幅提升。

2021年12月2日，由中國科學技術協會主辦，北京空間智筑技術有限公司承辦，豐科世紀孵化器|中關村豐臺園3D打印數字維創中心協辦的青年科學家沙龍圍繞“在大宗固廢利用背景下的智能建造技術創新與應用示范”主體展開交流。大宗固廢利用背景下的智能建造創新技術如何獲得長足發展？應用示范方面如何實踐？來自固廢領域、3D打印智能建造領域、建筑設計、材料、施工與工藝等領域及相關經濟、政策、產業、戰略的眾多專家提出了專業的見解。

3D打印技術賦能建筑創新發展

人們將3D打印技術稱作“上上個世紀的思想，上個世紀的技術，這個世紀的市場”。因為其起源可以追溯到19世紀中期，在業內的學名為“增材制造”，一直只在業內小眾群體中傳播，直到20世紀80年代才出現成熟的技術方案。隨著時間的推移，3D打印技術逐漸走向成熟。它自問世以來便受到了廣泛關注，它不同于普通打印機以墨水和紙張為主進行生產工作，而是以金屬、陶瓷、塑料、砂等實實在在的原材料進行生產工作。

隨著時代的發展，“綠色建筑”、“生態建筑”、“環保建筑”等新興理念在建筑領域得到了廣泛的宣傳，通過3D打印技術生產出來的產品能夠滿足建筑領域的使用。它不僅能夠滿足國家提出的產業轉型發展目標的要求，更是為我國建筑業發展指明了方向。

北京空間智筑技術有限公司總經理張永虹接受《中關村》雜志采訪時表示，3D打印技術在建筑領域的應用主要分為兩個方面：建筑設計階段和工程施工階段。建筑設計階段主要是制作建筑模型，在這個階段設計師可以將虛擬模型直接打印為建筑模型;工程施工階段主要是利用3D打印技術建造建筑，通過“油墨”即可快速完成工作。這樣節省能耗，有利于推進城市化進程和城鎮化建設。在建筑領域中如果有完整的規范，它將有替代傳統建筑方法的趨勢。隨著信息資源的共享交流加快，許多方面都與國際逐漸接軌，因此人們在生活許多方面都有越來越多的要求，在建筑領域也不例外，新型的建筑設計要求越發復雜化，3D打印技術促進了建筑領域的發展，也成為了現在必不可少的新工具。

LplusDesign品牌首席設計師、原聯想消費PC設計高級總監李鳳朗在沙龍活動中分享道，“3D打印技術已經應用到生活的方方面面了，如何通過技術改善生態環境，實現人與自然更和平、持續的發展，這應該需要考慮的問題。而3D打印建筑如果能夠打造出適合人類居住的建筑，讓沙漠、戈壁為我們所用，這更將是技術最偉大的地方。”

南京大學建筑規劃設計研究院有限公司副總建筑師鐘華穎闡述，建筑師從材料的角度來認知固廢回收利用，從單純的性能走向建筑美學，甚至性能與美學的結合利用，這種變化不限于建筑領域，整個建造領域都在發生改造，一種單一材料的使用到兩種不同材料混合一體成型的，這在建筑行業研發三維打印塑性技術中得到體現，三維打印模具、混凝土灌入后脫模的建造方法是用新的手段來詮釋材料的使用，不管從性能還是應用都有很大的突破。材料的認識到材料新的應用方式再到新產品的產生、新產品的應用反過來促進固廢的回收利用，這種體系轉變也促進了新的產業提升。

3D打印技術將改變企業核心競爭力所依賴的資源基礎。一方面，制造的戰略功能被重新定義。在傳統的創新系統中，產品生產的一般模式是“產品設計—產品開發—產品制造”，所謂的產品創新主要指的是實驗室的產品設計和開發，制造僅僅是實現創新的一個環節。而隨著全過程數字制造技術的成熟，設計、開發和制造的一體化產品發展將使傳統的線性創新過程變為一體化的并行創新過程，制造直接成為創新的一部分，制造現場像實驗室一樣成為創新的場所，制造生產成為企業創新系統的一部分。另一方面，3D打印技術將促進由大企業競爭優勢向小型化、分散化創業企業的競爭優勢轉變。由于目前前沿制造技術的開發和應用仍然需要大規模的研發投入等前期投入，制造與研發的協同效應可能加強一體化大企業的競爭優勢，因此只有大企業才有能力和動力率先投入和使用先進制造技術。然而，以3D打印機為代表的新興制造技術也能提高小型化、分散化經營的經濟性。由于制造可以完成于小型工場之中、個人案頭之上，創意—設計—制造可以通過創業者甚至是一個人在短時間內完成，因此對個性化的市場反映更加敏捷，個性化制造和網絡開放創意社區發展大大加速的同時，也帶來了市場商機和經濟效益，提高了產品的競爭能力。

北京空間智筑技術有限公司總經理張永虹分享建筑3D打印技術及應用

清華大學建筑學院教授、清華深圳國際院未來人居研究院常務副院長徐衛國在沙龍上舉例機器人3D打印混凝土建造技術基于數字建筑設計及機器人自控系統。它將3D打印技術與特種混凝土材料技術相結合，是一種創新型房屋及環境智能建造技術，這項技術對建筑產業競爭將起到極大的推動作用。

該技術適用于新農村住宅、經濟房、步行橋、圖書屋等應用場景。其技術優勢主要體現在以下幾個方面，一是打印設備尺寸小造價低、易于運輸、易于維護、易于推廣;二是打印設備適應性強，可在空間中靈活運動，打印多種形態的目標對象;三是可打印不同種類的產品，包括低層房屋建筑、裝配式建筑構件、園林小品及環境飾品;四是開放性的軟件系統，在自帶軟件平臺上，可添加新的設計或操作模塊;五是智能機器臂本體可換掛其它工藝設備，進行其它工種的智能建造或加工如切削、打磨、噴涂等。

南極熊創始人潘學松表示，目前中國的建筑3D打印技術處于全球領先位置，但在商業化方面、太空3D打印和政策支持方面，國外走在了前面。建筑3D打印技術在國內有著巨大的應用潛力，但在標準制定、成本核算、建筑許可、廢渣再利用、減少碳排放等方面需要各方力量的共同推進。

3D打印智能建造技術是未來發展的趨勢，作為智能制造的核心組成部分，3D打印行業正在迎來更大的市場。