3D建筑打印技術優勢

魔猴君  知識堂   3007天前

在建筑行業，3D打印技術順應產業革命的發展，將使大規模的個性化生產成為可能，逐步實現快速建造和產業化生產，并會創造出大量的傳統工藝無法生產的新型材料，這將會帶來全球制造業經濟的重大變革。 盡管過去20年里已經開發了一些快速成型的方法，且在很多領域已經有了基于這類方法的成功應用實踐（包括工業加工、醫療、玩具制造等），這些擴展應用的成果為3D建筑打印技術提供了良好的研究基礎，但國內外目前研究3D建筑打印的專家學者并不多，大多數分層制造方法受限于可用建筑材料的匱乏。此外，它們還嚴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大型復雜建筑的新的建造方法。

3D建筑打印是利用工業機器人逐層重復鋪設材料層構建自由形式的建筑結構的新興技術，這種工藝原理叫做增材制造，通過逐層累積最終形成一個成品。其構成和傳統打印機基本一樣，都是由控制組件、機械組件、打印頭、耗材和介質等架構組成的。根據電腦上設計的完整的三維模型數據，通過一個運行程序將材料分層打印輸出并逐層疊加，最終將計算機上的三維模型變為建筑實物。一個房子或者一群房子，即使每幢建筑形態各異，都可以通過一個運行程序來自動構建。

與傳統施工工藝相比，3D建筑打印技術的優勢主要有：1.施工速度至少要快10倍，且建筑類型、復雜性等因素不會增加建設成本；2.由于全程由電腦程序操控，直接基于CAD設計等的施工建造只產生5~10mm的誤差，該技術允許的精度和設計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的設計想法；3.不需要模板，定制型強，可塑性好，可打印出任何細節特點與復雜曲面、管道等；4.可以使消費者根據自己的需求量身定制產品；5.無需人工干預意味著建筑行業傷亡事故風險的大幅減少，大量節省人員勞工，且用于建筑施工的安全措施費降低；6.可以就地取材，極大節省建造的運輸成本；7.由于是整體結構成形，建筑抗震性能大大增強；8.可以適應惡劣環境，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境下進行施工建造；9.可以運用于古文物保護中，精準恢復古建筑的殘損、遺失部分；10.可以降低建筑粉塵污染，減少霧霾，保護環境實現綠色環保。

綜上所述，雖然國內外學者對3D打印材料有了一定的探索并基于材料特性摸索了相應的打印模式，但是在適應多元材料的打印設備系統和工藝流程系統的研究上顯得較弱，都是各成一家，缺少交流和融合。如Enrico Dini對細沙和鎂基膠的運用，是基于膠凝材料和細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雜形體的D-Shape打印設備。BehrokhKhoshnevis在混凝土配方材料的快速成型打印技術上研究較多，并探索了多種適合混凝土打印機的屋蓋形狀。其他基于塑料或纖維材料而產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，國內外學者研究建筑3D打印已經進入較快的發展階段，研究的初步成果較多，但是缺乏系統、完善的方法體系。現在全世界采用3D打印技術已完成實際建設的項目更是少之又少。

D-Shape打印機和輪廓打印機技術的研究為我們提供了一個很好的參考方法，在這個基礎上，若將3D打印原理和建筑結構及材料的關鍵技術問題結合起來，發展新的低成本的3D打印方法體系，不但對于解決全球住房危機和節約能源、環保等問題從而促進社會和諧發展顯得迫切而意義深遠，也會對未來建筑業的發展產生重大的影響。

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