3D建筑打印技術(shù)優(yōu)勢(shì)

魔猴君  知識(shí)堂   2725天前

在建筑行業(yè)，3D打印技術(shù)順應(yīng)產(chǎn)業(yè)革命的發(fā)展，將使大規(guī)模的個(gè)性化生產(chǎn)成為可能，逐步實(shí)現(xiàn)快速建造和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，并會(huì)創(chuàng)造出大量的傳統(tǒng)工藝無(wú)法生產(chǎn)的新型材料，這將會(huì)帶來(lái)全球制造業(yè)經(jīng)濟(jì)的重大變革。 盡管過去20年里已經(jīng)開發(fā)了一些快速成型的方法，且在很多領(lǐng)域已經(jīng)有了基于這類方法的成功應(yīng)用實(shí)踐（包括工業(yè)加工、醫(yī)療、玩具制造等），這些擴(kuò)展應(yīng)用的成果為3D建筑打印技術(shù)提供了良好的研究基礎(chǔ)，但國(guó)內(nèi)外目前研究3D建筑打印的專家學(xué)者并不多，大多數(shù)分層制造方法受限于可用建筑材料的匱乏。此外，它們還嚴(yán)重受制于材料的低沉積率，這使得這些方法只能適合小的工業(yè)零部件。因此，目前3D建筑輪廓打印可以說是唯一適用于建設(shè)大型復(fù)雜建筑的新的建造方法。

3D建筑打印是利用工業(yè)機(jī)器人逐層重復(fù)鋪設(shè)材料層構(gòu)建自由形式的建筑結(jié)構(gòu)的新興技術(shù)，這種工藝原理叫做增材制造，通過逐層累積最終形成一個(gè)成品。其構(gòu)成和傳統(tǒng)打印機(jī)基本一樣，都是由控制組件、機(jī)械組件、打印頭、耗材和介質(zhì)等架構(gòu)組成的。根據(jù)電腦上設(shè)計(jì)的完整的三維模型數(shù)據(jù)，通過一個(gè)運(yùn)行程序?qū)⒉牧戏謱哟蛴≥敵霾⒅饘盈B加，最終將計(jì)算機(jī)上的三維模型變?yōu)榻ㄖ?shí)物。一個(gè)房子或者一群房子，即使每幢建筑形態(tài)各異，都可以通過一個(gè)運(yùn)行程序來(lái)自動(dòng)構(gòu)建。

與傳統(tǒng)施工工藝相比，3D建筑打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要有：1.施工速度至少要快10倍，且建筑類型、復(fù)雜性等因素不會(huì)增加建設(shè)成本；2.由于全程由電腦程序操控，直接基于CAD設(shè)計(jì)等的施工建造只產(chǎn)生5~10mm的誤差，該技術(shù)允許的精度和設(shè)計(jì)自由性在過去聞所未聞，建筑師和工人間的問題將不再阻礙建筑師所要表達(dá)的設(shè)計(jì)想法；3.不需要模板，定制型強(qiáng)，可塑性好，可打印出任何細(xì)節(jié)特點(diǎn)與復(fù)雜曲面、管道等；4.可以使消費(fèi)者根據(jù)自己的需求量身定制產(chǎn)品；5.無(wú)需人工干預(yù)意味著建筑行業(yè)傷亡事故風(fēng)險(xiǎn)的大幅減少，大量節(jié)省人員勞工，且用于建筑施工的安全措施費(fèi)降低；6.可以就地取材，極大節(jié)省建造的運(yùn)輸成本；7.由于是整體結(jié)構(gòu)成形，建筑抗震性能大大增強(qiáng)；8.可以適應(yīng)惡劣環(huán)境，如在高原、雪山、沙漠、海洋、甚至地外星球等人為施工條件極其惡劣的環(huán)境下進(jìn)行施工建造；9.可以運(yùn)用于古文物保護(hù)中，精準(zhǔn)恢復(fù)古建筑的殘損、遺失部分；10.可以降低建筑粉塵污染，減少霧霾，保護(hù)環(huán)境實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保。

綜上所述，雖然國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)3D打印材料有了一定的探索并基于材料特性摸索了相應(yīng)的打印模式，但是在適應(yīng)多元材料的打印設(shè)備系統(tǒng)和工藝流程系統(tǒng)的研究上顯得較弱，都是各成一家，缺少交流和融合。如Enrico Dini對(duì)細(xì)沙和鎂基膠的運(yùn)用，是基于膠凝材料和細(xì)骨料混合硬化的的快速成型原理，也因此探索出能夠打印復(fù)雜形體的D-Shape打印設(shè)備。BehrokhKhoshnevis在混凝土配方材料的快速成型打印技術(shù)上研究較多，并探索了多種適合混凝土打印機(jī)的屋蓋形狀。其他基于塑料或纖維材料而產(chǎn)生的打印工藝又各不相同，不同材料衍生的不同工藝直接的配合與融合的過程還有待研究。 其次，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究建筑3D打印已經(jīng)進(jìn)入較快的發(fā)展階段，研究的初步成果較多，但是缺乏系統(tǒng)、完善的方法體系。現(xiàn)在全世界采用3D打印技術(shù)已完成實(shí)際建設(shè)的項(xiàng)目更是少之又少。

D-Shape打印機(jī)和輪廓打印機(jī)技術(shù)的研究為我們提供了一個(gè)很好的參考方法，在這個(gè)基礎(chǔ)上，若將3D打印原理和建筑結(jié)構(gòu)及材料的關(guān)鍵技術(shù)問題結(jié)合起來(lái)，發(fā)展新的低成本的3D打印方法體系，不但對(duì)于解決全球住房危機(jī)和節(jié)約能源、環(huán)保等問題從而促進(jìn)社會(huì)和諧發(fā)展顯得迫切而意義深遠(yuǎn)，也會(huì)對(duì)未來(lái)建筑業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生重大的影響。

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