3D打印在景觀設(shè)計中的運用

田潔

（閩江學(xué)院海峽學(xué)院 福建福州 350108）

1 3D打印技術(shù)概述

快速成型的概念早在20世紀(jì)80年代就已經(jīng)被提出，現(xiàn)在，這種快速成型的概念已成現(xiàn)實，并被大家稱之為3D打印技術(shù)。目前3D打印技術(shù)已經(jīng)被運用到了多個領(lǐng)域之中，此技術(shù)在工業(yè)、醫(yī)藥、汽車、建筑、軍事、教育等多方面都有著顯著的成就。如今，3D打印已經(jīng)不是什么新奇的名詞，在國內(nèi)，大部分學(xué)校都已經(jīng)有了3D打印機，通過結(jié)合三維軟件技術(shù)生成模型打印成實物，使得學(xué)生在創(chuàng)新能力和動手能力上都有了很大提高。國內(nèi)建筑景觀界對期關(guān)注度也越來越高，尤其是隨著參數(shù)化設(shè)計以及數(shù)字化建筑景觀的盛行，更多的設(shè)計師都是基于建筑景觀形態(tài)復(fù)雜性和異形化的基礎(chǔ)上進行設(shè)計，當(dāng)傳統(tǒng)的建造技術(shù)無法實現(xiàn)或?qū)崿F(xiàn)困難時，3D打印就成為了最佳選擇。近些年來，國內(nèi)對于3D打印景觀復(fù)雜性形態(tài)的成果還較少，基本是主要體現(xiàn)在建筑實踐上，將3D打印技術(shù)應(yīng)用到景觀設(shè)計行業(yè)，這是一種創(chuàng)新的表現(xiàn)，也是行業(yè)發(fā)展需求的趨勢。在突破了傳統(tǒng)建造模式限制的基礎(chǔ)上，增大了景觀形態(tài)的可能性，使得3D打印景觀的復(fù)雜性也從幻想變成了現(xiàn)實。

2 3D景觀打印技術(shù)與傳統(tǒng)景觀相比優(yōu)勢

（1）從本質(zhì)上來講，大部分景觀具有戶外性的特點，景觀小品、設(shè)施講究成品的形體感和空間特性，部分異形的制作方式一般是通過翻制、鍛造、鑄成不同材質(zhì)的成品。在此制作過程中，按照一比一的比例，需要反復(fù)調(diào)整和修改，每一次的工序都必不可少，針對一些體量很大的景觀小品，還需縮小比例做模型，所耗費的人力物力時間跟3D打印出成品相比差別巨大。3D打印運用參數(shù)化設(shè)計，通過熔融沉積成型技術(shù)、立體光固化技術(shù)、三維印刷技術(shù)、選區(qū)激光燒結(jié)技術(shù)、激光成型技術(shù)、紫外線成型技術(shù)根據(jù)不同材料進行選擇，以達到快速成型目的。設(shè)計師僅需通過參數(shù)化模型進行修改調(diào)整，從而節(jié)省了大量的時間，提高了工作效率。

（2）眾所周知，景觀是依托于場所而存在的，在景觀設(shè)計過程中，要本著場所精神，對于場地的植物、小品、水系、道路等有個全方位的考量，要做統(tǒng)籌設(shè)計，景觀的尺度、形態(tài)、色彩等都尤為重要。3D打印可以通過在三維設(shè)計軟件中，打造宏觀的該場景景觀設(shè)計，模擬真實環(huán)境下的景觀設(shè)施等狀態(tài)，在整個場景的設(shè)計下，對局部的景觀元素進行任意的拉伸、縮放，調(diào)整尺寸、形態(tài)和配色，選擇和場地環(huán)境相匹配的景觀設(shè)計元素。最后按照一比一的比例根據(jù)不同的材質(zhì)直接打印出來，從而造成在施工過程中，因為施工方對尺寸、形態(tài)和色彩搭配存在誤差所產(chǎn)生的紕漏?？梢哉f，3D打印可以還原自己設(shè)計最原始的面貌，從而更真實的達到設(shè)計師的設(shè)計意圖。

（3）傳統(tǒng)的建筑和景觀在施工過程中難以避免產(chǎn)生建筑垃圾，景觀施工過程中石材、木材等均會產(chǎn)生大量的建筑垃圾。3D打印景觀同時和3D打印建筑一樣，可以使用原有的浪費的建筑垃圾，實現(xiàn)了建筑垃圾的再回收利用，這樣可以有效地緩解建筑垃圾的堆積，減輕了自然環(huán)境的壓力。從而提高了生活環(huán)境質(zhì)量，減少了垃圾廢棄物的排放。

（4）在安全性上，3D打印會引起普通民眾的質(zhì)疑。尤其是地震等自然災(zāi)害對于建筑景觀本身的安全性提出了考驗。加利福尼亞的設(shè)計師芬·麥克利奧德為此設(shè)計出了防震3D打印柱，不需要磚塊和泥漿的前提下，建造3D打印沙子來承受最大負(fù)荷的地震狀況。其中，地震柱是由可堆疊的空心磚組合而成為扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，從而抵抗地震區(qū)最為強烈的震動。柱子本體向內(nèi)傾斜3～5°，用印度砌體技術(shù)進行3D打印制造。通過3D打印的荷載安全性，使用一般在30～50年。

（5）另外，3D打印是不受環(huán)境和場地制約的，2013年倫敦建筑公司在月球進行了首座月球房屋的打印建造，由機器人利用先進的3D打印技術(shù)，利用月球上的土壤轉(zhuǎn)變成建筑材料，底部是模塊化管道，上面是充氣式圓頂，以月球土壤為材料，通過D-Shape3D打印機在圓頂上打印出一層類似泡沫的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)，能容納四個人居住，不僅可以幫助人類抵御潛在的隕石攻擊，有可以防輻射和保溫等功能?？梢姡?D打印可以使用建造區(qū)特有的材料進行建造，成為一種新型環(huán)保建造類型。此結(jié)構(gòu)無形中肯定了3D打印的存在性和其可以發(fā)展的新的高度，同時展示出3D打印技術(shù)可以創(chuàng)造接近自然生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的潛在能力。

3 3D景觀打印技術(shù)的展望

3.1 設(shè)計軟件的革新

目前為止，作為二維平面圖形繪制而長期使用的AUTOCAD軟件一直被廣泛應(yīng)用，設(shè)計師利用AUTOCAD進行平面圖形繪制，然后導(dǎo)入3DMax進行三維建模。這種方式一直沿用至今，由于簡單的建模無法滿足設(shè)計師的想法，為了更準(zhǔn)確的表達，設(shè)計軟件需要更精準(zhǔn)的利用數(shù)字化語言去模擬自然界甚至物理界的任何幾何形態(tài)，捕捉萬物的連續(xù)性和復(fù)雜性將其轉(zhuǎn)化為單一的二進制單位輸入計算機中。一般在軟件中通常用X、Y和Z坐標(biāo)對其進行定位去獲取物體的形狀，但景觀設(shè)計師去繪制一個復(fù)雜的景觀形態(tài)時，沒辦法簡單用一兩個坐標(biāo)去設(shè)置物體，需要一系列的坐標(biāo)去定位3D模型。這種計算機語言的開發(fā)，可以避免手動繪制所產(chǎn)生的誤差，通過新的插件或新的軟件的開發(fā)，去除掉重復(fù)設(shè)計并能精準(zhǔn)記錄計算數(shù)據(jù)，景觀設(shè)計師可以隨意切換設(shè)計圖紙的狀態(tài)，輕易修改數(shù)據(jù)進行操作。當(dāng)換做其他人接受這項設(shè)計時，也可以看懂設(shè)計意圖并可修改和3D打印。這樣設(shè)計軟件不僅可以快速提高工作效率，還減少錯誤的發(fā)生。這種數(shù)字化技術(shù)的革新，為3D技術(shù)形成提供了技術(shù)的支持。

3.2 數(shù)字化景觀的未來

相比其他進步而言，目前的設(shè)計軟件仍然存在一定的問題，即不能詳細(xì)繪制物件的內(nèi)部細(xì)節(jié)，也不能用圖形化的模式進行建模并無法將復(fù)雜的多種材料加以混合。3D打印打破了不能對原始形狀進行幾何化編輯的局限，3D打印可以制造出傳統(tǒng)制造模式無法生產(chǎn)的復(fù)雜異形，尤其在景觀設(shè)計空間中，一些景觀節(jié)點上的異形設(shè)施，因為無法實現(xiàn)以及實現(xiàn)困難造成設(shè)計本身比較缺乏亮點，3D打印滿足的了大量新型景觀設(shè)計空間的標(biāo)準(zhǔn)要求。傳統(tǒng)的曲面建模軟件只對物體表面進行設(shè)計，缺乏對內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計，這就造成了景觀元素只能欣賞，缺乏了人的參與性在里面，因為實用價值較低。3D打印以一種全新的方式將多種材料進行結(jié)合制造，不僅改變了傳統(tǒng)材料的性能，創(chuàng)造出前所未有的新型復(fù)合材料，又打印出更多復(fù)雜多變的部件。在未來的景觀世界，數(shù)字化對現(xiàn)實的捕捉將會是新的突破口，無論是CAD、3DMAX、SKETCHUP或犀牛，都在努力實現(xiàn)軟件與現(xiàn)實之間的便捷式轉(zhuǎn)換，人們通過數(shù)字化模式進行修改，這個進程是一個可逆的過程。數(shù)字化建造下的3D打印景觀將會在建筑景觀領(lǐng)域出現(xiàn)新的發(fā)展趨勢。