浅谈3D 打印技术在建筑施工中的应用趋势

王海润

2019 年10 月13 日，河北工业大学副校长马国伟教授带领其研究团队完成的装配式3D 打印赵州桥在河北工业大学北辰校区落成。该成果主要对早期的3D打印经验进行了借鉴，并将智能监测、BIM 技术和模块打印技术应用进来，对原有的装配模式予以优化，将虚拟化、智能化以及新型化的特色全部展现出来。

1.3D 打印技术的主要概念

3D 打印技术本身是一种基于数字模型，对材料进行叠加，并通过打印的方式完成构造的技术类型。相比于传统打印技术，3D 打印技术具备较强的连通性特色，能够为项目提供相应的模板，在电脑中，将产品信息输入，之后依靠设备完成所有打印工作。由于此类技术具备较强的数字化特点，因此在多个领域得到了应用。尤其是建筑行业，本身对于各方面条件都有着非常高的要求，在应用该技术之后，自然能够有效解决许多问题[1]。

2.3D 打印技术的应用意义

2.1 提升施工效率

早期在进行建筑施工的时候，往往需要大量人力成本，从基础工作内容入手，逐步完成搭建。这种模式一方面会消耗大量成本，另一方面还会损耗许多时间，整体施工难度非常大，效率极为低下。而在应用了3D 打印技术之后，绝大多数工作都能交给设备自己完成，因此就能有效减少人力成本的投入。此外，由于整个工序具有一体化特点，使得施工项目的基本环节得到简化，进而提升了效率。

2.2 提升施工环保性

早期在进行施工的时候，建筑物对材料部分有着非常高的要求，不仅各方面条件都要达到规定要求，而且整体投入也比较高。在施工结束之后，还会有大量垃圾出现，建材资源没有得到有效应用。在应用了3D 打印技术之后，能对施工建筑的诸多材料进行打印，这些材料多数来源于废弃材料，因此能够有效降低施工投入，同时达到循环利用的效果，对现有的自然环境给予了有效保护。

除此之外，在施工影响方面也有改善。早期在进行施工的时候，经常会有大量噪声污染出现，并伴有大量粉尘和建材垃圾，不但会对施工环境造成巨大影响，而且会对周边居民的生活带来干扰。在应用了3D 打印技术之后，基本上不再会有大规模施工项目出现，在降低噪声污染的同时，还能大幅度减少粉尘和垃圾，进而起到了环保的效果。

2.3 降低施工难度

伴随社会的快速发展，人们对个性化需求方面有了更高的重视度。尤其是建筑设计，实际风格也变得极为多元化。不仅如此，现如今人们普遍倾向于流线型设计模式，但由于操作难度较大，给施工工作带来了诸多困难。在应用了3D打印技术之后，能够有效降低施工难度，提升建筑物结构的合理性，推动施工行业不断进步。

2.4 提升施工水平

对建筑施工来说，本身属于一些工程量相对较大的项目，有任何环节出现问题，都会对整个建筑物造成巨大影响。早期在进行建筑施工的时候，因受员工的能力限制，或者材料质量不达标，导致建筑施工未能达到预期。在应用了3D打印技术之后，对现有的材料进行重新分解，促使整个建筑物具备更为优秀的物理属性，使用寿命有所延长。同时将人为因素造成的负面影响降至最低，无论是精确度还是综合质量，都能得到有效保证[2]。

3.3D 打印技术的应用难点

3.1 材料要求苛刻

（1）价格较高。由于3D 打印技术当前仍然不够成熟，还处在研究发展的阶段，许多材料都十分昂贵。因此，如果施工企业需要应用这一技术，自然需要投入大量成本。

（2）通常而言，在进行施工的时候，对各类建材垃圾的应用难度较高，诸如混凝土、砂浆等。由于相关技术的发展水平不到位，并未达到输出的要求，影响了实际效果。

（3）对于3D 打印技术的应用而言，材料一直都是其中非常重要的部分。工作人员主要采用管道的形式，完成运输传递工作。然而，这类运输模式的整体效率非常低。

3.2 打印过程缺乏灵活性

从当前情况来看，3D 打印技术的最大问题是整个过程无法逆转，工作人员需要在工作项目开始前，按照规定要求，将相关数据资料填入，并设置对应的模型，制定全部流程。如果在打印的时候，设备无论出现哪方面的问题，工作人员都无法及时调整，更谈不上解决。

3.3 对结构限制较高

对3D 打印技术来说，本身的适用性相对偏低，只能制作一些可以实现自我支撑的物件，而一些不能进行自我承重的物件，工作人员就需要通过使用3D打印的方式，为其额外设置一个支撑结构。如此自然就给打印工作带来了诸多影响。不仅如此，少部分物品具有较大的跨度，基于现有的技术，暂时无法对其展开打印。这样一来，自然让3D 打印技术的应用范围有所缩减。

3.4 人力成本较高

在进行生产工作时，普遍应用的3D打印设备都有着非常大的体形，整体操作难度相对偏高，而且在实际打印时，还要确保设备一直处于较为稳定的状态。如此一来，自然需要耗费大量人力成本[3]。

4.3D 打印技术的应用趋势

4.1 建筑设计层面

早期在进行建筑设计的时候，由于设计能力有限，设计思路往往比较狭窄。即便提出了一些较为先进的方案，通常因为施工能力有限，最终不得不选择放弃。不仅如此，由于传统设计工作基本上以构建图纸的方式为主，即使有创新的思路存在，也很难依靠图纸的形式进行表达。在应用了3D 打印技术之后，设计师只需要根据现有的情况，设计一个3D 模型，并将相关资料传到计算机之中，就能直接展开施工工作。如此一来，设计思路就会得到全面拓展，实际设计的作品也将更具艺术化特点。在未来，3D打印技术继续发展，广大用户直接从网络下载相关资料，按照自己的想法，大胆尝试，完成施工工作，或者设计相关方案，进而提升施工项目的自动化程度[4]。

4.2 建筑材料层面

如今，我国建筑行业已经开展了基于陶瓷以及黏土的材料探究，对早期的建材模式完全颠覆。不仅如此，伴随3D打印技术的发展，未来还会有许多全新的复合类材料出现，同时对建筑剩余材料展开探索，实现循环利用的目标，提高材料应用率，缩减成本投入。此外，应用于3D 打印技术制作的材料，在物理性能层面，相比传统材料更为优秀，因此就会使得未来建筑的综合性能进一步提升，相关研究工作也会从早期的宏观，慢慢过渡到微观。混凝土是当前施工工作应用率最高的材料种类，伴随3D 打印技术的快速发展，其基本性能会出现一定的转变，诸如混凝土制造，将一些特定的水泥或者树脂融入，经过搅拌后，使之更好地满足打印工作的实际需求。

4.3 投入成本方面

从当前情况来看，在建筑施工的过程中，通过应用3D 打印技术，整体投入成本显然更高。究其原因是此类技术尚处于开发阶段，相关配套技术还没有研究到位。而在未来，3D 打印技术将更加成熟，尤其是数字建模、建筑设计以及材料应用等技术将持续进步，使得3D 打印技术的整体投入成本有效下降，进而展现出更好的效果。

此外，伴随3D 打印设备的普及，建筑企业只要在购入相关设备之后，定期展开更新即可，无须额外投入更多成本，因此使得企业的经济效益持续提高。尤其是在3D 打印技术得到进一步普及后，每一个人都能按照自己的想法，对建筑物展开设计，或者建设外部环境。从某种角度来说，这是社会高度发展的重要体现。

4.4 功能技术方面

在未来，3D 打印技术还会进一步发展，不会局限在特定的行业之中。3D 打印设备，将能独立完成施工工作、装修工作，还能对一些无法独立支撑的结构展开制造，使设计工作的思路变得更为开阔。相关设备也会逐步朝着人工智能以及远程操作的方向发展，提高制作效果，适应各类不同的环境。即使没有工作人员，同样能够自我检查，找出自身的问题，及时予以维修，提升运用的实际效果[5]。

5.结束语

综上所述，建筑施工行业，早期在进行施工设计的时候，一直采用传统方案，效率极为低下。工作人员需要转变态度，积极应用3D 打印技术，有效提高施工工作的整体效率，减少污染，同时保障施工人员的个人安全。相关人员需提高重视度，做好研究工作，充分发挥技术的优势，推动整个建筑行业持续进步。