3D打印技术在建筑工程领域的应用前景.docx

3D打印技术在建筑工程领域的应用前景3D打印技术在建筑工程领域的应用前景 科技改变生活，科技提高效率，科技创造价值。随着科技进步，如今越来越多的新技术、新工艺、新材料被应用到建筑工程领域，极大地提高了工程建设的质量和效率。3D打印技术正是科技发展的产物，自打其研制诞生以来，就不断地吸引人们的眼球，受到各行各业的广泛关注，打印食物、打印机械零件甚至打印手枪等不一而足。3D打印技术先后进入了牙医、珠宝、医疗行业，人们希望利用3D打印等先进制造技术快速制产品，借此提升执行任务的速度并降低成本，3D打印技术未来应用的范围会越来越广。如今也有建筑工程人员将这项技术应用到建筑领域，并取得了一定成效。 一、3D打印技术 3D打印技术的概念。我们都知道文字图片打印机，它们是平面的二维打印，3D打印就是在普通的二维打印的基础上再加一维。与普通打印机工作原理基本相同，区别在于只是打印材料有些不同，普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂以及尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、镀银、镀金、橡胶类材料等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料。3D打印机工作时先像普通打印一样，在一个平面上将塑料、金属等粉末状材料打印出一层，然后再将这些可黏合的打印一层一层的粘起来。通过每一层不同的“图形”的累积，最后就形成了一个三维物体。就像搭积木一样，一层一层的累积起来后，就完成了一个设计好的立体的样子。3D打印技术就是快速成形技术的一种，它运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过一层又一层的多层打印方式，来构造零物件。模具制造、工业设计常将此技术用于建造模型，现在正向产品制造的方向发展，形成直接数字化制造。 3D打印技术的现实意义。首先，大幅度提高工作效率。根据模型的尺寸以及复杂程度，传统方法制造出一个模型通常需要数小时到数天，而用三维打印的技术则可以将时间缩短为数个小时，开辟了快速成型的新途径。其次，降低成本。传统的制造技术如注塑法可以降低成本大量制造聚合物产品，而三维打印技术则可以以更快、更有弹性以及更低成本的办法生产数量相对较少的产品。再次，打印的物品逼真。因为3D打印机的分辨率对大多数应用来说已经足够，并且是三维的，所以打印出发产品例如模型十分逼真。今天的3D打印能复制出与原物一模一样的实物出来。最后，给设计者带来更多的想象空间。 二、3D打印技术在建筑领域的应用 建筑设计领域应用 3D打印实际就是快速成型技术的应用，快速成型技术是特种加工技术中具有代表性的一种，它是集数控、机械CADCAM技术、激光加工、新材料科学等多种新型技术为一体的新技术。由于3D打印成品的可塑性非常强，从二维到三维，3D打印可以精确到600dpi，每层0.01毫米的厚度，几乎任何复杂的结构都可以轻松打印出来，于是许多建筑设计师将该技术用于建筑与市政布局模型、工业设计的快速成型。 以往建筑设计师制作模型和3D效果图都是手勾草图，现在，3D打印提供了一种与传统的3D效果图、建筑模型等建筑造型表现方式不同的、全新的操作模式，它将让模型作为建筑师矫正设计的手段这一初衷获得新生。整个建筑模型制造过程分为三个阶段：拍照、建模、打印。这种操作方式比用软件画图、按照图纸仿形雕刻更精确、更快捷。 建筑市场开发应用 1.建设方案初始设计阶段。我们知道通过看2D图想象3D空间确实比较困难，需要有丰富的空间想象力。3D打印模型在这一点不仅非常有用，而且还可以有效传达想法，根据各方讨论意见随时改变。例如在做城市综合体、交通综合体等这种大体量建筑群开发初始阶段，就需要研究这些综合体建成后会对周围的建筑和城市空间有何影响。最好的、最有效的做法就是给出模型，用以直观真实的展现建成后的情景，3D打印机具有这方面的极大优势。 2.建设提交方案成果阶段。建筑工程每个设计阶段的任务终将形成一个连贯一致的设计，包括方案、成本、准则等所需要求。如果用3D模型完成空间、环境设计，就相当一个缩微版的建筑与环境原型再现，必然会得到建设方和公众的接受，也可避免因为设计者的疏忽造成的失败建筑。 3.项目技术设计和营造阶段。随着建筑项目的开展，3D打印模型的辅助设计功能也随着改变，转向项目的技术设计和细部处理、风格展现，比如内饰、外饰的材料、风格、空间内部的陈设和装饰物品，使之更加深化细致。 4.建设项目成果展示。3D打印模型不仅是设计过程和项目施工过程中所用的工具，也可作最终展示。设想在一间设计公司的展厅内，陈列着这家公司完成的许多项目缩微模型，他们就是窗外真实城市景观的真实再现，这些模型就能赢得潜在客户的信任，给设计者带来新的收益机会。 在建筑构件方面的应用。如今有一些建筑师将3D打印技术应用于建筑构件。起初，建筑师采用SLS3D打印技术按照设计的尺寸分段打印各个节点，然后将其组装起来。SLS3D打印技术能够满足建筑所需要的美学和结构方面的需求。 在制造实体建筑方面的应用。也就是用3D打印技术来盖房子。采用的方法是分段打印组装方式，即建筑模块化，在工厂里每块打印好，最后一起现场组装。与建设传统房屋一样，打印房子之前首先需要打下地基；接着，打印机根据图纸打印墙体结构，同时预留“梁”与“柱”浇筑的空间；最后，在预留空间置入钢筋、灌注混凝土，在墙体的中空部分填充保温材料。这种打印实体建筑在我国也有案例，肉眼观察，这些3D打印房与普通房屋有着明显的区别：它们的墙体有着类似雕饰的纹路，或横向或纵向，而整体效果宛如制作奶油蛋糕时挤出的奶油被一层一层堆叠起来。 三、3D打印技术在建筑工程领域的应用前景分析 3D打印技术在建筑工程领域的应用还有较长的路要走，特别是在实体建筑打印方面还面临诸多挑战。 首先，打印材料的限制。3D打印机使用的是真实的金属、陶瓷、塑料、尼龙玻纤等材料，虽然可以实现塑料、某些金属或者陶瓷打印，但打印的材料都是比较昂贵和稀缺的。另外，打印机也还没有达到成熟的水平，无法支持日常生活中所接触到的各种各样的材料。虽然研究者们在一些打印材料上已经取得了一定的进展，但除非这些进展达到成熟并有效，否则材料依然会是3D打印的一大障碍。 其次，打印机器的限制。3D打印技术在重建物体的几何形状和机能上已经获得了一定的水平，几乎任何静态的形状都可以被打印出来，但是那些运动的物体和它们的清晰度就难以实现了。但最基本的困难在于尺寸。2维打印大家都常用，一个最根本的常识就是，输出尺寸越大，打印机本身就越大，那么打印机的喷头活动范围要能够覆盖全幅的输出尺寸，那么必然会大一圈。在3维打印领域，这意味着：如果打印住宅则打印机需要比你的住宅大一圈。机器越大越难制造，更重要的是机器越大，打印精度和打印速度就会越差。所以现阶段解决3d打印房屋的一些基本问题：材料，控制，精度等。 再次，3D打印建筑的安全问题。一方面，3D打印技术能否把房屋的梁体、墙体和柱体做到和传统行业一样坚固，还有待检验。另一方面，建筑的抗震性。现在一般使用超轻的全新材料，打印的房子自重会小于传统房屋，抗震性也就更好，但如果打印房的自重大于普通房屋，抗震性的问题就值得考虑了。再一方面，建筑的耐撞击性，不管怎样由于材料的关系，打印的建筑的耐撞击性可能不如传统房屋。国家尚未对3D打印建筑出台相关标准，这使得3D打印房的安全性、抗震性等性能无法得到检验。 因此，短期内，3D打印技术不可能完全替代传统建筑方式。一种较大的可能是新技术与传统工艺互为补充，在钢筋混凝土结构的基础上结合3D打印技术，建造一些科幻建筑、概念建筑等。但在设计体系、模型制作、钢筋混凝土很难塑造的个性的效果方面，3D打印却能发挥不可替代的作用。