探讨3D打印技术对于建造业的影响

王文显

摘要：2016年8月23日，国家住建部发布《2016-2020年建筑业信息化发展纲要》，其中规定“积极开展建筑业3D打印设备及材料的研究。结合BIM技术应用，探索3D打印技术运用于建筑部品、构件生产，开展示范应用。”这意味着3D打印建筑技术在我国建筑行业的推广应用得到了国家的鼓励和认可。

关键词：3D打印技术；建筑工程；3D打印房屋

1引言

近年来，3D打印技术在建筑中的应用日趋广泛，3D打印房屋成为建筑行业的科技热点。文章从3D打印技术的工作原理出发，阐述了3D打印建筑的施工工艺，通过对3D打印建筑实例施工过程的研究，分析3D打印建筑的优势及亮点，提出了3D打印房屋的建筑价值所在。

23D打印技术

2.1定义

3D打印（3DP）即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

2.2技术原理

日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品，而所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，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、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，比如打印一个机器人、打印玩具车，打印各种模型，甚至是食物等等。之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。这项打印技术称为3D立体打印技术。

33D打印建筑的施工工艺

3D打印建筑的施工过程是打印机根据电脑设计图纸和方案，层层叠加“油墨”喷绘相关结构件，再将生成好的构件运送到施工的现场进行吊装、搭建。为了使打印的建筑更加的牢固，在墙与墙之间还可使用钢筋水泥进行二次“打印”灌注，从而使得结构连成一体。

3.13D打印建筑的实例分析

3.1.1世界首座3D打印房

在荷兰的阿姆斯特丹建造了世界上第一座3D打印房屋。这座3D打印房屋称为运河屋，它的建造过程是这样的，该3D打印房屋是由荷兰DUS建筑师事务所设计，一共13个房间，采用了被称为KamerMaker大型3D打印机来建造，KamerMaker是荷兰语“房屋建造者”的意思。该3D打印机高6米，以一个船运集装箱为基础建造而成。2014年初开工，建成后将作为3D打印技术的研发中心来进行研究该项技术。

荷兰运河屋的建造过程是根据计算机绘制的设计图，使用不同的塑料和木质纤维来制造建筑外墙、天花板和房间的其它构件。然后将各部件在原地进行装配，像玩乐高玩具一样搭建成大楼。对于荷兰的运河屋，英国《每日邮报》给予了高度评价：这栋大楼是“一种展示和研究，是3D打印建筑的一个实例”，是科学、建筑和设计的一个融合。可见，3D打印技术在建筑中的应用给予了我们人类前所未有的想象。

3.1.2国内3D打印房实例

国内首座3D打印建筑，是于2014年的4月建成的，位于上海张江高新青浦园区，10幢3D打印建筑的建筑过程仅花费了24个小时。该打印建筑的墙体是用建筑垃圾制成的特殊“油墨”，依据电脑设计的图纸和方案，经过一台大型的3D打印机层层叠加喷绘而成。在这些简易的房屋中安装上了窗帘、空调以及办公桌、文件柜等办公家具，工作人员就可以进行办公了。

在陕西西安3D打印房也已经落成，该建筑位于西安曲江遗址公园内。在施工现场，通过对独立的客厅、卧室、厨房、卫生间等建筑模块，进行逐个的拼接、组装、搭建。只需要花费三小时就建成了一座二层的精装别墅，业主只需摆上家具之后就能拎包入住。

43D打印的限制因素

我们可以看到3D打印建筑的前景宽阔，有着传统建筑方式不具备的优势。但也有很多缺点，例如“行业内缺少相关规范、建筑的表面粗糙、技术研发还不够成熟宏观规划以及投入不足和技术人才的短缺等。”和3D打印本身一样3D打印建筑也有很多限制。

4.1材料的限制

虽然高端工业印刷可以实现塑料、某些金属或者陶瓷打印，但无法实现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。

研究者们在多材料打印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。

4.2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。这个困难对于制造商来说也许是可以解决的，但是3D打印技术想要进入普通家庭，每个人都能随意打印想要的东西，那么机器的限制就必须得到解决才行。

4.3知识产权的忧虑

在过去的几十年里，音乐、电影和电视产业中对知识产权的关注变得越来越多。3D打印技术也会涉及到这一问题，因为现实中的很多东西都会得到更加广泛的传播。人们可以随意复制任何东西，并且数量不限。如何制定3D打印的法律法规用来保护知识产权，也是我们面临的问题之一，否则就会出现泛滥的现象。

4.4道德的挑战

道德是底线。什么样的东西会违反道德规律是很难界定的，如果有人打印出生物器官和活体组织，在不久的将来会遇到极大的道德挑战。

53D打印技术的应用范围

在3D打印房屋火热建造的同时，我们不禁会产生疑问，3D打印房屋是否坚固耐用以及安全性如何，通过研究和试验3D打印房的强度和使用年限，3D打印机使用了经过特殊强化处理的混凝土材料，从理论强度和使用年限上，都大大的超过了钢筋混凝土结构，也就是说它的强度是没有问题的。但在刚度和耐久性等综合性能上，还需要在长期使用的过程中加以验证。对于结构的稳定性上，3D打印可任意设计墙体结构，一次性解决墙体的承重结构问题，未来可应用于桥梁、简易工房、剧院、高层等建筑中。

3D打印建筑在未来将得到广泛的应用。对于3D打印技术的应用范围，它不仅局限于建筑行业，它还可以应用于我们的日常生活，例如家居用品、儿童玩具以及服装制造业，还可以用3D打印技术来建造建筑模型，人像模型、医疗器械模型等，3D打印技术应用于工业制造、生物科技、医疗、军事等领域也是起到了十分重要的作用。

6结语

3D打印房的建筑价值可以通过这样一句话来进行总结，吃进去的是城市垃圾和沙漠，吐出来的是美丽的房子。3D打印建筑的建筑价值具体来讲，体现在绿色环保、节约资源、以及人文情怀，绿色环保表现在它的建造过程中降低了扬尘和污染，并且能够改善城市的空气质量；节约资源体现在建筑垃圾可以再生利用，同时建造的效率高，建筑成本能够节省50%以上，大大的提高了生产效率和节约资源；人文情怀体现在3D建筑具有超前的艺术性和概念性，实现了建筑的私人订制。

参考文献：

[1]张云，苏义坤.3D打印建筑的发展与展望[J].山西建筑，2015（12）.

[2]蒋萌，李云辉，苏达.3D打印建筑-建筑业的一场革命[J].工程建设与设计，2015（11）.

[3]肖绪文，田伟，苗冬梅.3D打印技术在建筑领域的应用[J].施工技术，2015（5）.