3D打印建筑的技术简介
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发布时间：2022-04-20 06:23
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时间：2023-02-09 09:31
美国南加州大学工业与系统工程教授比洛克·霍什内维斯一直在研究一种新工艺。这种新工艺使打印技术在不到20小时的时间内建造一幢面积2500平方英尺的建筑。该项目获得美国宇航局和美*方的支持和资助。霍什内维斯相信他的项目可以帮助全大约10亿世界急需改善住房条件的人提供足够住房。他把该工艺称为“轮廊工艺”，并且很希望在将来某天看到成为现实。
“轮廊工艺“的概念在设计上很简单，但是实施起来相当复杂。该工艺由一个巨型的三维挤出机械构成。它的操作很像我们见到的打印机操作原理，不过有一个明显不同的地方：它挤出是混凝土。
在“轮廊工艺”系统的挤压头上使用齿轮传动装置来为房屋创建基础和墙壁。它的原理跟使用泥造砖极戎相似，建成的建筑能够抵挡地震和其他自然灾害。霍什内维斯称使用该工艺不仅造价便宜、快速建造，而且对环境友好，建设造价和材料大幅度降低。
随着3D打印技术的完善，越来越多的物品都可以由3D打印完成。截至2013年1月，这些3D打印而成的产品都是小件物体。不过，3D打印的潜力远不止可以生产DIY的家居物品这么简单。实际上，这项技术甚至可以彻底*传统的建筑行业。2013年1月，一位荷兰的建筑师就表示他要用3D打印技术建造一栋建筑。
24小时打印10间房
据《北京青年报》21日称，此次打印出的房子不大，最高不过两层，面积也就十来个平方，墙体呈现出年轮蛋糕的结构，由一层层水泥材料堆叠而成，每层大约2厘米高。
与众不同的墙体，其实是用一种特殊的“油墨”，根据电脑设计图纸和方案，在现场层层叠加“喷绘”而成。至于打印过程中的玄机，这项技术的发明者，上海盈创装饰集团的董事长马义和说，这是他们眼下的最高机密。不过从拍摄的打印现场视频片段可以看到，一只巨大喷头像奶油裱花一样源源不断喷出灰色油墨，油墨呈“Z”字形排列，层层叠加，很快便砌起了一面高墙。
之后，墙与墙之间还可像搭积木一样垒起来，再用钢筋水泥进行二次“打印”灌注，连成一体。马义和介绍，整个打印过程，只需要一张图纸、一台电脑、就地取材制造的足够“油墨”，就可以在24小时内打印出10幢200平方米建筑。
打印机底面积堪比篮球场
打印一张A4纸的打印机，体积已经不小，要打印一幢房子，该要一台多大的打印机？上海盈创装饰集团称，高6.6米、宽10米、长32米的打印机，底面占地面积足有一个篮球场那么大，高度足有三层楼高。且打印机长度还可以延伸，完全拉开足有150米长。马义和前几年对它完成了设计研发，然后全球定制零部件，最终在苏州工厂组装而成。这次现身青浦的3D打印房屋，就是在苏州打印好后搬运到上海的。
“用3D打印机来造房，是世界各国建筑师的梦想。此前，俄罗斯曾发布一幢3D打印建筑，但他们的原理是打印一个个像乐高积木一样的配件，然后通过组装做成建筑的墙体；荷兰打印了一个景观房建筑叫莫比乌斯环，是通过用沙子和黏合剂的方式打印若干个模块进行组装，最终，也没有打印出完整的房子。而有了这台打印机，就可以就地取材，制造打印‘油墨’，打出整栋房子。”马义和称。
“油墨”取材于建筑垃圾
在大多数人概念中，油墨肯定是液体的，“水”怎么造房子，能住人吗？马义和表示，“油墨”是一种经过特殊玻璃纤维强化处理的混凝土材料，其强度和使用年限大大高于钢筋混凝土。“空心墙体不但大大减轻了建筑本身重量，还可以随意填充保温材料，并可任意设计墙体结构，一次性解决墙体的承重结构问题，因此无论是桥梁、简易工房、剧院，还是宾馆和居民住宅，其建筑体的强度和牢度都符合且高于国家建筑行业标准。”而“油墨”挤出后会很快凝固，保证打印机能连续打印。
马义和说，“如果是整栋25层的住宅楼，只要打好地基，仅十天半月即可完成整栋楼的建筑框架。之后安装好门窗，排好各类电线管道，再由打印机打印出整体的复合地板和家具，业主一个多月就可拎包入住” ；“现在，你看中了外滩的哪栋建筑，或者喜欢全球哪套品牌家具，只要用照相机拍下来，将设计图纸输入电脑，很快就可拷贝不走样地打印出来。”
3D打印优势：环保且成本低
打印建筑牢度怎样，能用多少年？如果在将来推出3D打印住宅，有人会买吗？
面对这些疑问，马义和回答说，在他眼里，3D打印不仅是一种全新的建筑方式，更是一种*传统的建筑模式。它更加坚固耐用、保护环境、高效、节能，不仅人力，还能大大降低建造成本。据他介绍，3D打印最大亮点就是把建筑垃圾再利用，同时让新建建筑不会产出新的建筑垃圾。“今后建筑工地不会再是一片狼藉，城市空气质量也会得到改善。”
与传统建筑行业相比，3D打印的建筑不但建材质量可靠，还可节约建筑材料30%-60%、缩短工期50%-70%、减少人工50%-80%……据他测算，打印至少能使建筑成本降低50%以上，让更多人住得起房子。不过，新型“油墨”打印的建筑，其刚度、强度和耐久性等综合性能还待进一步验证。
建筑专家质疑原材料
创新值得肯定，但3D打印住宅还有很长的路要走。
因青浦打印建筑的亮相，这一周来马义和成为建筑业内的关注热点。而他的下一步计划，将在全国寻找合作方，在全国间隔300公里范围内建100家梦工厂，今后就地取材，就地制造油墨，就地打印。 不过，对于如此大手笔的规划，似乎也有人表示了担忧。有专家表示，虽然在理论上运转良好，但当规模变大后，可能会突然失效。在很长的时间里，3D打印房屋可能只会用在一些临时建筑上。
同济大学建筑系教授来增祥同样表示，3D打印在建筑新材料开拓和建筑工艺上的创新探索值得称赞，不过3D打印房屋要真正普及，恐怕还需斟酌。比如该3D打印“油墨”的构成主要是高标号水泥和玻璃纤维。而据他所知，某些国家禁止建筑物大量使用玻璃纤维，因为玻璃纤维会影响人体呼吸系统。高强度水泥未来的回收也有困难，目前我国高层住宅普遍使用的是钢筋混凝土或全钢结构，其中钢铁可以回收，因此传统建筑材料在未来的一段时期内依旧有很大优势。 此外，建筑不光有外在的形态，特别是人居住宅，更需要对内部结构、综合强度、刚度、防火性、使用年限等多方面进行综合考量。来增祥认为“油墨”的承载力强度、耐久性等各项指标是否符合标准，还有待专家和有关部门的权威检测和认证。
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时间：2023-02-09 10:49
3D打印技术，是上世纪80年代开始兴起的一种高新制造技术，其以数字模型为基础，运用计算机自动控制技术, 通过逐层打印方式构造三维实体，具有数字化、智能化、机械自动化等特点，而且相较于传统的减材制造，3D打印又称为增材制造。
事实上，3D打印技术在国内已有三十多年的发展历程，期间经历了多个不同的发展阶段：
1、上世纪80年代，3D打印技术首次诞生，引起大众关注；
2、上世纪90年代，3D打印技术在研发应用方面获得初步发展；
3、本世纪初，由于3D打印技术在多方面的市场应用潜力，吸引大量投资、创业者涌入，市场上甚至出现一股3D打印技术热潮，但终究受限于技术研发与行业应用程度，市场遇冷后热潮渐退；
而目前，3D打印正在经历技术上的实质增长期，即不断的技术积累、技术突破与技术应用。这种实质增长最直观的表现，即是3D打印技术近年来更频繁的应用于如医学、制造、建造等行业领域，技术研发与市场应用真正开始融合。
但需要注意的是，实质增长期并非最终的技术成熟期，个案技术示范成果不代表技术具备广泛应用性条件。如此次中建二局打造的“原位3D打印双层示范建筑”，仅是中建股份技术中心和中建二局华南公司联合立项课题《建筑 3D打印技术研究与应用示范》的展示工程，距离3D打印技术真正广泛应用于建筑施工领域，我们还有很长的路要走。
1、3D打印建筑技术的主要优势
作为一项高新制造技术，3D打印建筑技术相较传统建造技术工艺，在资源与成本消耗、建筑施工效率、人力节省、资源环保等方面有着明显技术优势：
1、机械化程度高，施工速度快，降低成本。如此次中建二局应用3D打印技术建造的双层示范建筑，净耗时不到60小时，高机械化3D打印技术能够有效减少建设时长，缩短工期，减少成本。
2、无模板施工, 资源消耗少。相较于传统施工工艺，3D打印建筑无需模板施工，且一次成型，一方面减少资源消耗，一方面避免因返工和因尺寸差别而导致的资源浪费。
3、劳动强度低, 节省人工。3D打印建筑的机械化程度很高，相继常规建筑施工可以减少一半的人工消耗。
4、施工过程安全、清洁。目前，3D打印建筑采用的材料为新型混凝土材料，减少了常规施工中出现的扬尘、施工噪音污染。
5、设计自由, 精确建造。3D打印技术的特点之一即是高机械化精确操作，这为建筑师的设计工作提供了更大的空间与更好的条件，借助CAD软件，通过3D打印，实现各种复杂、创意设计。
2、理性认知3D打印建筑的瓶颈难点
上述技术优势的实现，其前提条件是拥有相对成熟的技术配套措施。如由于3D打印建筑一次成型，无需模板施工，不会因返工和尺寸差别导致资源浪费，那么这客观上就要求3D打印设备具备较高的技术精度；再如节省人工一项，相对于常规施工，3D打印的确降低了对施工人数的要求，但对施工人员的技术能力却有着更高要求。
除此之外，目前3D打印技术在建筑领域的应用瓶颈，主要在于材料与设备两大方面。
材料问题
“材料问题”可谓是影响3D打印技术在建筑市场应用中的关键性问题。同常规建筑施工一样，3D打印建筑的打印材料也主要为混凝土，但不同的是，3D打印建筑所用混凝土材料有着更专业复杂的材料要求。
1、可挤出性：材料能够在输送系统中顺利流动，并能从喷嘴中连续均匀地挤出。
2、可建造性：材料能够形成自支持，即材料可自由堆积成型，有足够的强度去支撑上一层材料，在打印过程中，如果材料的承载力不足则会发生较大的塑性变形，甚至发生塑性坍塌。
3、粘结性与强度性：打印的材料层间要具有足够粘结力，同时，打印材料本身要能够达到较高的强度，特别是早期强度。
这些特点要求，决定了3D打印建筑需要一种全新的混凝土材料，这在客观上需要经历一个“技术研发-技术应用-技术突破-成本降低”的周期过程。就目前而言，市面上的各种3D打印材料明显成本过高，且在安全质量强度方面还有待进一步提高。
设备问题
3D打印建筑技术中，设备因素也是影响其具体市场应用的重要因素。这里主要指打印设备的尺寸、精度、受环境影响程度等。在此次双层打印建筑的具体打印过程中，不难发现3D打印设备的尺寸与具体建筑规模是密切相关的。
未来3D打印技术广泛应用建筑施工领域，所面对的建筑规模必然不会只局限于几米或几十米，这对3D打印设备本身是一个巨大的挑战。如，3D打印设备如何适应更大体量的建造要求？设备尺寸变大，打印精度是否会受影响？设备仪器占地面积变大，受天气、环境因素影响，如何保证正常打印施工？
综上，就目前而言，在进一步解决相应的材料、设备、技术难题前，3D打印技术在建筑施工领域的应用只能停留在部分轻量级的技术试验，一如此次中建二局的双层打印展示办公楼。当然，上述观点绝非否认3D打印建筑技术在环保、施工技术、建筑业发展等方面具有的重要价值与意义（这也是国家在2018年将其列入国家战略发展技术的主要原因），以及目前我国取得的重要技术成果。仅希望相应行业与技术人员，能够理性看待国内3D打印建筑技术发展。
