探究3D打印技術(shù)應(yīng)用于分形建筑構(gòu)建的方式及意義

賴 哲

云南印能科技有限公司 云南 昆明 650000

計算機技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用優(yōu)化了人們的生活和工作，也融入到了任何技術(shù)之中，比如3D打印技術(shù)，它是以數(shù)字建模文件為基礎(chǔ)，可以將各種可粘合材料進(jìn)行實物打印，從最初的用于工業(yè)產(chǎn)品制造模型演化到現(xiàn)在的應(yīng)用于建筑中來。在過去，住房等建筑物并沒有被人們賦予情感，只是為了單純的住，而如今隨著國民經(jīng)濟的增長，人們的生活質(zhì)量得到了質(zhì)的飛躍，大家對住房的要求也從之前的住提升到了舒適、悅目、綠色環(huán)保上。那么建筑物也就與人們的情感相聯(lián)系，產(chǎn)生了欣賞與品鑒，甚至是藝術(shù)共鳴。這就讓分形建筑的發(fā)展得到了新的契機。

1、3D打印建筑技術(shù)的原理及發(fā)展

3D打印建筑技術(shù)，第一階段的建筑3D打印機是采用了“材料堆積”的原理來開展制作的，利用計算機技術(shù)，先在電腦上將三維立體模型建立好，然后將可粘性材料裝入連接計算機的打印裝置內(nèi)，最后通過計算機來控制材料進(jìn)行層層疊加，實現(xiàn)藍(lán)圖的實際打印。

到了第二階段的3D建筑打印技術(shù)的出現(xiàn)，是結(jié)合了數(shù)字模塊，在傳統(tǒng)的堆積成形技術(shù)上植入了分布式制造的方式，通過多端點的制造方式，讓傳統(tǒng)的無法實現(xiàn)的不同企業(yè)與組織無法同時進(jìn)行匹配性的生產(chǎn)資料與非規(guī)?；a(chǎn)的方式得以實現(xiàn)。讓很多原本需要高時長，與高生產(chǎn)技術(shù)的建造技術(shù)難度降低到可以被普及的水品。

2、3D打印技術(shù)在分形建筑構(gòu)建中的應(yīng)用

2.1 3D打印分形建筑的設(shè)計案例

英國建筑學(xué)家設(shè)計了“打印房屋2.0”，——“蜘蛛網(wǎng)”式的建筑空間用纖維尼龍材料的穿插和纏繞有著豐富的變換感，給人們展示了傳統(tǒng)建筑美學(xué)無法企及的層次美感，其設(shè)計手法也被評論為抽象派工藝。

“放射蟲大帳篷”其靈感來源于某一德國動物學(xué)家對單細(xì)胞生物放射蟲的贊美。3D打印技術(shù)通過對材料的分層堆積，表現(xiàn)了放射蟲骨骼徐徐漸進(jìn)的沉淀，具有分形特色的建筑空間就這樣被3D打印技術(shù)展現(xiàn)的淋漓盡致。

通過3D打印技術(shù)的應(yīng)用，神奇的體現(xiàn)了自然生物所散發(fā)的魅力，這兩個案例都被充分體現(xiàn)了設(shè)計的復(fù)雜性及流動性。

2.2分形建筑在3D打印設(shè)計上的方式

通過3D建筑打印2.0階段，更多的生產(chǎn)方式重原有的建筑模數(shù)，推向更高的高度，讓傳統(tǒng)的單一的非復(fù)雜的模組，從單元性變?yōu)槎嘣越M合，從單點變?yōu)槎帱c，使得設(shè)計的模組變得更為多元性，與可被列組與拓?fù)湫浴?/p>

而這些模組也將會歸結(jié)為信息模型，進(jìn)而再次編譯與進(jìn)化的過程，從而產(chǎn)生的多維組合將可以讓傳統(tǒng)的建筑模數(shù)有無數(shù)種變化形式。

2.3 分形建筑的結(jié)構(gòu)形式

與傳統(tǒng)建筑美感不同，分形建筑美學(xué)強調(diào)的應(yīng)不識簡單的幾何形體，其實人們在自然界中的一種數(shù)學(xué)抽象的體現(xiàn)，表現(xiàn)出了一種不規(guī)則的幾何形體，展示的是其豐富變換的特性，美感上更加純真、狂野、純粹。分形圖形中的畫面豐富，讓人們能夠產(chǎn)生更多的聯(lián)想，甚至在不同的距離進(jìn)行觀看時能夠感受到分形構(gòu)造單元的變化。分形建筑更是人們有了更高追求后的一種體現(xiàn)，也不是標(biāo)新立異的盲目追求，而是對建筑形式的自由集合形體的追求，當(dāng)然，這種結(jié)構(gòu)層次也是傳統(tǒng)建筑工藝所無法表現(xiàn)的。

傳統(tǒng)的線性建筑，在施工上與結(jié)構(gòu)上只需要遵循既定的結(jié)構(gòu)法則便可完成，但是分形建筑是一種非標(biāo)準(zhǔn)性的建筑模塊的組合，在多種模塊的生產(chǎn)方式下，傳統(tǒng)的制造方式在生產(chǎn)成本與生產(chǎn)效率上都是沒有辦法滿足分形建筑的制造成本，在3D打印的下，這些非標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)與構(gòu)建將變得唾手可得。

3、3D打印技術(shù)在分形建筑中應(yīng)用的優(yōu)勢

3.1 完美還原建筑師的設(shè)計

3D打印技術(shù)，可以為更加復(fù)雜或具有動態(tài)美感的建筑物提供強大的技術(shù)手段，再加上材料的不斷更新和發(fā)展，材料方面的限制也逐漸減小，3D打印技術(shù)可以實現(xiàn)傳統(tǒng)技術(shù)所無法或很難實現(xiàn)的建筑設(shè)計中的多維度曲面等等，也就是說，3D打印技術(shù)能夠更加完美的還原建筑師的最初設(shè)計，可以無視建筑的建造難度。讓設(shè)計師可以更自由的發(fā)揮設(shè)計思維，而不需要更多的去考慮結(jié)果與建筑施工的可行性。

3.2 建造速度快，節(jié)約成本

傳統(tǒng)建筑是個龐大的工程，需要耗費大量的人力物力，還要考慮因為強工程量和長工程周期而導(dǎo)致的人力問題和環(huán)境問題等等，那么分形建筑因為其復(fù)雜性提升，難度加大，如果采用傳統(tǒng)建筑方式，那么人力成本將會比傳統(tǒng)建筑增加多倍。但3D打印技術(shù)在建筑建造中的應(yīng)用后，可以比傳統(tǒng)建造技術(shù)快上10倍甚至10倍以上，這就可以大幅度降低建筑工程，減少人力開支，節(jié)約成本，提升建筑生產(chǎn)效率。再加上3D打印技術(shù)中不需要使用模板，不需要建筑者與設(shè)計師的反復(fù)溝通，也是節(jié)約時間成本和人力成本的其中一項。

3.3 提升建筑環(huán)保性能

3D打印技術(shù)在分形建筑中的應(yīng)用，可以高效利用材料，減少建筑垃圾，在滿足建筑環(huán)保節(jié)能的基礎(chǔ)上大大提升建筑物的使用壽命，綜合經(jīng)濟性高。

4、總結(jié)語

我國首座3D打印橋已經(jīng)有媒體報道出預(yù)計不久就要投用，其建造時間只花費35天，使用強度可以達(dá)到30年。此橋是樹脂材料通過3D打印技術(shù)一次性成型，具有復(fù)雜的多維度曲面，因為原材料價格降低和工藝的成熟，其成本相對較低。這也標(biāo)志著3D打印技術(shù)在建筑業(yè)中的應(yīng)用會更加火熱，3D打印建筑物的市場競爭力也會越來越強。雖然當(dāng)前3D打印技術(shù)還不能夠“一次性”建造大體積的建筑物，但筆者相信，隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展和打印材料的更新，未來3D打印技術(shù)在建筑業(yè)中終將掀起數(shù)字化革命。因為其技術(shù)的高度還原性可以讓建筑師突破原有的理念和限制，創(chuàng)造出更具動態(tài)化的分形建筑。