3D打印技术，赋能智造未来

张可欣

近些年来，3D打印正在全球掀起一场真正的数字化革命。以智能化、数字化、信息化技术的发展为基础，以现代基础制造技术对大规模生产流水线和柔性制造系统的改造为主要内容，以基于可重构生产系统的个性化制造和快速市场反应为特点，将从根本上解决传统制造系统下新产品开发周期、产能利用率、生产成本、产品质量、个性化需求等主要产业竞争要素之间的冲突，实现生产制造的综合优化和运营效率的大幅提升。

2021年12月2日，由中国科学技术协会主办，北京空间智筑技术有限公司承办，丰科世纪孵化器|中关村丰台园3D打印数字维创中心协办的青年科学家沙龙围绕“在大宗固废利用背景下的智能建造技术创新与应用示范”主体展开交流。大宗固废利用背景下的智能建造创新技术如何获得长足发展？应用示范方面如何实践？来自固废领域、3D打印智能建造领域、建筑设计、材料、施工与工艺等领域及相关经济、政策、产业、战略的众多专家提出了专业的见解。

3D打印技术赋能建筑创新发展

人们将3D打印技术称作“上上个世纪的思想，上个世纪的技术，这个世纪的市场”。因为其起源可以追溯到19世纪中期，在业内的学名为“增材制造”，一直只在业内小众群体中传播，直到20世纪80年代才出现成熟的技术方案。随着时间的推移，3D打印技术逐渐走向成熟。它自问世以来便受到了广泛关注，它不同于普通打印机以墨水和纸张为主进行生产工作，而是以金属、陶瓷、塑料、砂等实实在在的原材料进行生产工作。

随着时代的发展，“绿色建筑”、“生态建筑”、“环保建筑”等新兴理念在建筑领域得到了广泛的宣传，通过3D打印技术生产出来的产品能够满足建筑领域的使用。它不仅能够满足国家提出的产业转型发展目标的要求，更是为我国建筑业发展指明了方向。

北京空间智筑技术有限公司总经理张永虹接受《中关村》杂志采访时表示，3D打印技术在建筑领域的应用主要分为两个方面：建筑设计阶段和工程施工阶段。建筑设计阶段主要是制作建筑模型，在这个阶段设计师可以将虚拟模型直接打印为建筑模型;工程施工阶段主要是利用3D打印技术建造建筑，通过“油墨”即可快速完成工作。这样节省能耗，有利于推进城市化进程和城镇化建设。在建筑领域中如果有完整的规范，它将有替代传统建筑方法的趋势。随着信息资源的共享交流加快，许多方面都与国际逐渐接轨，因此人们在生活许多方面都有越来越多的要求，在建筑领域也不例外，新型的建筑设计要求越发复杂化，3D打印技术促进了建筑领域的发展，也成为了现在必不可少的新工具。

LplusDesign品牌首席设计师、原联想消费PC设计高级总监李凤朗在沙龙活动中分享道，“3D打印技术已经应用到生活的方方面面了，如何通过技术改善生态环境，实现人与自然更和平、持续的发展，这应该需要考虑的问题。而3D打印建筑如果能够打造出适合人类居住的建筑，让沙漠、戈壁为我们所用，这更将是技术最伟大的地方。”

南京大学建筑规划设计研究院有限公司副总建筑师钟华颖阐述，建筑师从材料的角度来认知固废回收利用，从单纯的性能走向建筑美学，甚至性能与美学的结合利用，这种变化不限于建筑领域，整个建造领域都在发生改造，一种单一材料的使用到两种不同材料混合一体成型的，这在建筑行业研发三维打印塑性技术中得到体现，三维打印模具、混凝土灌入后脱模的建造方法是用新的手段来诠释材料的使用，不管从性能還是应用都有很大的突破。材料的认识到材料新的应用方式再到新产品的产生、新产品的应用反过来促进固废的回收利用，这种体系转变也促进了新的产业提升。

3D打印技术将改变企业核心竞争力所依赖的资源基础。一方面，制造的战略功能被重新定义。在传统的创新系统中，产品生产的一般模式是“产品设计—产品开发—产品制造”，所谓的产品创新主要指的是实验室的产品设计和开发，制造仅仅是实现创新的一个环节。而随着全过程数字制造技术的成熟，设计、开发和制造的一体化产品发展将使传统的线性创新过程变为一体化的并行创新过程，制造直接成为创新的一部分，制造现场像实验室一样成为创新的场所，制造生产成为企业创新系统的一部分。另一方面，3D打印技术将促进由大企业竞争优势向小型化、分散化创业企业的竞争优势转变。由于目前前沿制造技术的开发和应用仍然需要大规模的研发投入等前期投入，制造与研发的协同效应可能加强一体化大企业的竞争优势，因此只有大企业才有能力和动力率先投入和使用先进制造技术。然而，以3D打印机为代表的新兴制造技术也能提高小型化、分散化经营的经济性。由于制造可以完成于小型工场之中、个人案头之上，创意—设计—制造可以通过创业者甚至是一个人在短时间内完成，因此对个性化的市场反映更加敏捷，个性化制造和网络开放创意社区发展大大加速的同时，也带来了市场商机和经济效益，提高了产品的竞争能力。

北京空间智筑技术有限公司总经理张永虹分享建筑3D打印技术及应用

清华大学建筑学院教授、清华深圳国际院未来人居研究院常务副院长徐卫国在沙龙上举例机器人3D打印混凝土建造技术基于数字建筑设计及机器人自控系统。它将3D打印技术与特种混凝土材料技术相结合，是一种创新型房屋及环境智能建造技术，这项技术对建筑产业竞争将起到极大的推动作用。

该技术适用于新农村住宅、经济房、步行桥、图书屋等应用场景。其技术优势主要体现在以下几个方面，一是打印设备尺寸小造价低、易于运输、易于维护、易于推广;二是打印设备适应性强，可在空间中灵活运动，打印多种形态的目标对象;三是可打印不同种类的产品，包括低层房屋建筑、装配式建筑构件、园林小品及环境饰品;四是开放性的软件系统，在自带软件平台上，可添加新的设计或操作模块;五是智能机器臂本体可换挂其它工艺设备，进行其它工种的智能建造或加工如切削、打磨、喷涂等。

南极熊创始人潘学松表示，目前中国的建筑3D打印技术处于全球领先位置，但在商业化方面、太空3D打印和政策支持方面，国外走在了前面。建筑3D打印技术在国内有着巨大的应用潜力，但在标准制定、成本核算、建筑许可、废渣再利用、减少碳排放等方面需要各方力量的共同推进。

3D打印智能建造技术是未来发展的趋势，作为智能制造的核心组成部分，3D打印行业正在迎来更大的市场。