浅谈3D打印技术在建筑行业的应用前景

侯俊 陈英杰 刘云龙 王圳 孙凯 马瑞

摘 要：介绍了国内外现阶段3D打印建筑的发展水平，阐述了3D打印建筑的高速发展时期，分析概括了3D打印建筑的几大应用方面，展望了3D打印建筑在我国未来的发展前景。

关键词：3D打印技术；应用；建筑工程；前景

1 3D打印发展概况

1.1 3D打印的起步

3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“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。这打印技术称为3D立体打印技术。[1]

1.2 3D打印的高速发展期

3D打印技术经过几十年的发展，毫无疑问已经具有了在一定领域大展拳脚的能力，它以高效、灵活、便捷等特性，把握了当下社会注重个人需求的庞大市场。最近几年，各种3D打印物品不断刷新记录，世界的目光也随之而动。

（1）在美国，2011年出台了“先进制造伙伴关系计划”（AMP）；2012年2月，发布了《先进制造国家战略计划》；

（2）同时欧洲地区，在欧盟地七框架计划的资助下，名为“3D打印标准化支持行动（SASAM）”的项目发布了一份3D打印标准化路线图。

（3）另外，我国也对3D打印技术高度重视。2015年8月23日，李克强总理主持国务院专题讲座，讨论加快发展先进制造与3D打印等问题。

此外，世界其他各国也对3D打印技术的发展提出了一系列规划与目标，可见，3D打印技术的高速发展时期就在当下。

1.3 国内外3D打印建筑技术的应用及发展

1.3.1国外3D打印建筑技术的应用及发展

3D打印技术，又称“添加制造”和“增材制造”技术，是一种与传统方法相反的。1997年，美国学者JosephPegna提出通过水泥材料逐层累加，并在一定时间内选择性凝固来建造建筑。2014年，美国航天局（NASA）出资与美国南加州大学合作，最新研发出“轮廓工艺”3D打印技术，24小时内可以印出大约232平方米的两层楼房子，一个按键就可以操控机械打印出房子。

1.3.2国内3D打印建筑技术的应用及发展

3D打印建筑在早期的发展主要集中在国外，但近几年国内3D打印建筑发展迅猛，正在快速追赶国际先进水平。山东月亮湾湿地公园将3D打印技术应用于创建“世界建筑公园”，或将成为世界最大的3D打印建筑群。[2]2017年4月，数幢使用3D打印技术建造的建筑亮相苏州。

2 3D打印在建筑上的应用前景

2.1 3D打印建筑在商业上的应用前景

虽然3D打印技术已经慢慢的为人们所熟知，但现阶段的个大公司开发的成品更多的是一种类似效果图的产品，并没有真正形成可供出售的成品，不过，这种局面正在被打破。现阶段3D打印的商业应用主要体现在私人定制方面，可以说并没有统一的体系，不过，经过一定时间的发展，3D打印已经慢慢在形成“顧客——网络——服务者”的体系。

3D打印建筑的另一个方向则是实现规模化生产。D打印建筑优势十分明显，由于现代更加严格的的建筑生产要求，传统的建筑模型已经无法完全满足现代工程的要求。传统建筑模型的制作过程多采用人手工制作，耗费人力和时间，不利于工程的如期进行，对于部分部件，手工制作的尺寸不够精确，不利于整体的模型制作，外形不够逼真，会使模型的效用大打折扣。

3D打印技术在解决上述问题中具有明显的优势，首先3D打印技术能大大提高制作精度。3D打印产有很大的外形优势，机器控制精确，模型的外形更加逼真，色彩分明，接近真实事物。

综上所述，如果实现3D打印建筑的规模化生产，并形成完整的售货渠道，3D打印观赏类建筑前景十分广阔。

2.2 3D打印建筑在教育行业的应用

3D打印建筑在各大领域迅猛发展，但在培养国家人才的高等院校中并没有如市场上那么火热，相反，3D打印建筑在高等院校中普遍发展缓慢，甚至有一部分学生对3D打印技术一无所知。

实际上，3D打印建筑模型对学校教学有巨大的优势，特别是在工科教育领域，如工科高校教学中，在建筑专业、土木工程、桥梁工程、道路工程等专业，有大量的结构视频展示，比如各类梁、柱、钢筋骨架、桥墩等。如果这些众多结构模型利用3D打印技术实现规模化生产后，能为全国各大高校提供教学实物，使教学不再局限在文字和图片上，为学生能够提供真实的建筑实物感官，利于培养学生开放性思维。

2.3 3D打印在建筑工程项目上的应用

3D打印建筑远比打印打印其他东西难度更大，目前打印建筑都还处在实验阶段，还有许多问题有待解决。[3]我国3D打印建筑距离当做社会活动实际使用还有较大困难，但如果用来为建筑工程增值，已经完全足够。

当前3D打印技术在建筑工程中的应用前景主要集中在：在建筑工程项目开工到建筑建造完成的时间里，借用3D打印技术，将设计图纸按建造工序、施工时间、机具配置、施工现场布置等，配合施工图纸预先演练。比起平面的施工图纸更直观、更准确，甚至提前找到原先施工安排不足之处，提前进行施工过程的排错演练。

（1）对于设计单位来说：在打印好的建筑零件组装过程中，发现错误，可以提前修改设计图纸，避免后期施工单位因设计变更而引起的变更索赔。（2）对于施工单位来说：可以通过立体的方式来进行建造过程的全面考虑，优化人员组织，优化施工工序，优化安全、质量、进度等组织设计，避免建造过程中的不利因素。

（3）对于监理单位来说：3D打印模型可以帮助其明确质量监督重点，协调各类资源配置问题。（4）此外，对于建设单位而言，3D打印技术能够提前实现建设单位的各种要求，发现不合理或另外的需求及时更改方案，减少不必要的损失。

3 结语

3D打印技术经过多年的发展，距离大规模应用已经时日不远，现阶段3D打印技术在各类行业不断取得突破，建筑行业也没有落下脚步。另外，在中国大力提倡可持续发展的今天，3D打印技术势必以其省时省力，绿色节能，得到飞速发展。

参考文献：

[1]李福平，邓春林，万晶.3D打印建筑技术与商品混凝土行业展望[J].混凝土世界，2013（03）：28-29.

[2]杨铭，龙倩.谈我国3D打印建筑的发展前景[J].山西建筑，2015，41（15）：19-20.

[3]杨建江，陈响.3D打印建筑技术及应用趋势[J].施工技术，2015，44（10）：84-88+121.

通讯作者：陈英杰。