3D打印技術的研究現(xiàn)狀與在建筑行業(yè)的應用前景

摘 要：本文梳理了3D打印技術的概念，分析了國內外各領域3D打印技術的研究趨勢，重點研究了建筑鄰域3D打印技術的研究現(xiàn)狀，同時指出了該技術在建筑業(yè)的應用前景，以期為下一步深入研究3D打印技術提供有益的參考。

關鍵詞：3D打?。谎芯楷F(xiàn)狀；建筑業(yè)；應用前景

3D打印思想最早出現(xiàn)于19世紀末，直到20世紀80年代人類才制造出了第一臺3D打印機。3D打印是一種可以運用真實材料建造實體的快速成型技術，目前已經(jīng)應用到許多學科領域?；诖耍狙芯恳?D打印技術概念為立足點，分析了國內外各領域3D打印技術的研究趨勢，重點研究了建筑鄰域3D打印技術研究現(xiàn)狀，同時指出了其在建筑業(yè)的應用前景，以期對進一步研究3D打印技術有所啟示。

一、3D打印技術概念

3D打印技術是一種制造過程，利用實體材料將讀取的信息逐層打印出來，再將其以各種方式粘合起來制造出實體，縮短了大量制造時間，提升了成品精準度，現(xiàn)逐漸用于產(chǎn)品或零部件的直接制造。

二、國內外3D打印技術研究現(xiàn)狀

國外3D打印技術已有30多年的歷史，已在航空航天、汽車、生物醫(yī)療等領域得到廣泛應用，我國對于3D打印技術的研究還處于初步階段，相比先進國家依然存在著較大的差距。2015年國務院發(fā)布的《中國制造2025》規(guī)劃綱要中，至少有六處指出3D打印，凸顯出我國對于該技術的重視。本文以“CNKI”作為文獻樣本來源，“3D打印”為檢索詞，搜索20082016年內發(fā)表的核心期刊論文（包括被CSSCI、EI及SCI收錄的文獻），共獲取1065篇，發(fā)現(xiàn)從2013年起關于3D打印的論文數(shù)量迅速攀升，說明3D打印技術已成為當前各領域學者關注的一個熱點內容，也將成為未來研究的重點。

三、3D打印技術在建筑領域研究現(xiàn)狀

（一）建筑設計

目前3D打印機在建筑設計領域上應用廣泛，在建筑設計階段主要用來制作建筑模型。于雷指出設計師可打印出1：1實體構件來直觀評估其形式與功能[1]。因此3D打印技術是一種高效的設計輔助工具，其可視化、立體化可以增加設計師創(chuàng)作時的感知，有利于設計方案的確定。

（二）沙盤制作

過去沙盤制作一般需找專業(yè)公司制作配件，再整體組合，過程復雜、時間長、費用高、細節(jié)精度低，而3D打印機可直接將三維圖打印出來，對精細度、時間及難度都有了很大提高。所以利用3D打印技術制作的沙盤較傳統(tǒng)沙盤制作有了質的飛躍，必將成為今后發(fā)展趨勢。

（三）工程施工

目前3D技術在工程施工方面的應用主要有美國的“輪廓工藝”、英國的“Dshape”及英國的“混凝土打印”。

1.輪廓工藝

2001年美國加州大學教授Behrokh提出“輪廓工藝”技術 [2]，以水泥砼為材料，利用計算機控制3D打印機按照設計圖逐層打印房屋輪廓，再用機械手臂完成其基本構架。經(jīng)過多年發(fā)展，輪廓工藝愈漸成熟，國外有團隊已開始研究在月球上建造太空基地的可能性[3]。

2.Dshape

2007年意大利工程師Enrico提出了一種通過噴擠粘結劑來選擇性膠凝硬化逐層砂礫粉末實現(xiàn)堆積成型的方法及Dshape[2]。該技術所用材料并非水泥材料，而是砂礫粉末，打印成型的構件強度高、整體性好，大幅降低了碳排放，但其打印過程緩慢，構件尺寸受機械限制且成本高。

3.混凝土打印

國外研究學者Richard等人研發(fā)了新型水泥基漿體材料，并成功打印包含精確定位孔洞的混凝土面板及墻體等[4]。而我國對3D打印技術的使用也有了很大突破。清華大學馮鵬等采購了美國Z Corporation公司生產(chǎn)的3D打印機，研究了工程結構中可能采用的粉末和液體混合膠凝體系的3D打印結構的細觀特征和力學性能[5]。

總之建筑3D打印建造技術的研究還剛剛起步，尚存在許多問題，距離真正應用于房屋建筑的建造還有較大差距。而且，3D打印技術在社會經(jīng)濟效益評價方面還處于空缺，還需在技術工藝發(fā)展成熟、機械材料成本得到有效控制后才能真正應用于各個領域。

四、3D打印技術在建筑行業(yè)應用前景

本研究將其在建筑行業(yè)應用的發(fā)展前景歸納為以下3點。

（1）用于建造應急性、臨時性建筑。3D打印的建造成本相對于傳統(tǒng)人工低、周期短，一旦發(fā)生地震等自然災害，可為災民提供住所。

（2）設計可視化。設計師可通過3D打印技術更加靈活地調整設計以達到最優(yōu)化。

（3）不規(guī)則建筑。3D打印建筑是一種精細化數(shù)控操作方式，比人工建造更精準，更能將建筑實體完整制造出來。

五、結語

3D打印技術作為現(xiàn)代信息技術的一個主要部分，在許多領域已有了顯著成果。本文通過研究其在建筑領域中的應用現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)3D打印技術的研究還存在許多弊端，尚存在許多問題沒有得到有效解決，如建筑材料等問題，使得距離真正應用于高層房屋建筑還有較大差距，因此下一步應集中研究解決3D技術在建筑領域應用的局限性，爭取在3D打印建造技術的局部領域有所突破，以加快建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展步伐。

參考文獻：

[1]于雷.三維打印技術在建筑設計中的互為反饋作用[J].住區(qū)，2013（6）：6570.

[2]Soar R.The Role of Additive Manufacturing and Physiomimetic Computational Design for Digital Construction[J].Architectural Design，2012，82（2）：126135.

[3]Khoshnevis B，Thangavelu M，Yuan X，et al. Advances in Contour Crafting Technology for Extraterrestrial Settlement Infrastructure Buildup[C].AIAA SPACE 2013 Conference and Exposition，2015.

[4]蔣佳寧，高育欣，吳雄，等.混凝土3D 打印技術研究現(xiàn)狀探討與分析[J].混凝土，2015（5）：6265.

[5]馮鵬，孟鑫淼，葉列平.具有層狀結構的3D打印樹脂增強石膏硬化體的力學性能研究[J].建筑材料學報，2015，（2）：115.

作者簡介：費倩儒（1993），女，漢族，陜西西安人，碩士，研究方向：工程項目管理。