3D打印技术在建筑工程中的应用

王青

摘 要：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。

关键词：3D打印技术；建筑工程；3D打印房屋

随着科技的发展和技术的进步，建筑施工技术发生了日新月异的变化，新技术推动了建筑的革新，热门的3D打印技术、纳米科技、生物科技、人工智能以及新能源产业这些新科技元素融入建筑中，对建筑行业产生了巨大的影响和变化，对于未来建筑而言，为人们遮风避雨的房屋只是最基本的功能，随着科技的不断进步，现代人对居住环境的所有要求，都将在未来建筑中得以实现。随着3D打印技术在建筑中的广泛应用，房屋的建造周期大大缩短，施工效率将极大的提高，有效节省房屋建造的人力、物力、财力等各项资源，建造出绿色环保、节约资源的新型建筑。

1 3D打印建筑的工作原理

所谓3D打印技术，是利用光固化和纸层叠等方式实现快速成型的技术。它是将用内装有金属、陶瓷、塑料、砂等特殊“打印材料”组成的3D打印机，与电脑连接后，通过多层打印方式，把计算机上的蓝图变成实物。

3D打印建筑是通过3D打印技术建造起来的建筑物。3D打印建筑的工作原理体现在，它是由一个巨型的三维挤出机械构成一个巨型3D打印机。在打印机的挤压头上使用齿轮传动装置来为房屋建造基础和墙壁，最终直接制造出建筑物的整体。

2 3D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 3D打印建筑的实例分析

3.1 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。

3.2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。

4 3D打印建筑的技术亮点

3D打印建筑中所使用的油墨是一个技术亮点，它的亮点体现在实现了建筑垃圾的再生利用，油墨是由一种特殊的材料所制成，3D打印机所用的油墨是经过特殊玻璃纤维强化处理的材料。原料主要来自于建筑垃圾、工业垃圾和矿山尾矿，以及水泥、钢筋和特殊的助剂所组成的材料。建筑垃圾通过处理、加工和分离形成油墨，最终成为3D打印机的原材料，有效进行了建筑垃圾的二次利用，节省了建筑原材料的费用。

以西安3D打印别墅为例，它的技术亮点体现在建造的效率高，两层精装别墅从生产到搭建只需要十几天的时间。每一个模块能够独立承重，能够抵抗9级地震。在建造的过程中，通过钢制笼式结构能够充分填充保温材料，能够达到很好的保温效果。

3D打印模块搭建的别墅，还可实现独家订制。在不远的未来，人们看中了哪栋建筑，或者喜欢哪套品牌家具，只要用照相机拍下来，或者是绘成图纸，将设计图纸输入电脑，很快就可不走样地打印出来，通过3D打印技术就能实现。

5 3D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 结束语

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

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[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）.