建筑3d打印技術(建筑3d打印技術的發展現狀)

更新時間:2023-02-28 19:02:58 閱讀：評論：0

3D打印建筑的技術簡介

美國南加州大學工業與系統工程教授比洛克·霍什內維斯一直在研究一種新工藝。這種新工藝使打印技術在不到20小時的時間內建造一幢面積2500平方英尺的建筑。該項目獲得美國宇航局和美國軍方的支持和資助。霍什內維斯相信他的項目可以幫助全大約10億世界急需改善住房條件的人提供足夠住房。他把該工藝稱為“輪廊工藝”，并且很希望在將來某天看到成為現實。
“輪廊工藝“的概念在設計上很簡單，但是實施起來相當復雜。該工藝由一個巨型的三維擠出機械構成。它的操作很像我們見到的打印機操作原理，不過有一個明顯不同的地方：它擠出是混凝土。
在“輪廊工藝”系統的擠壓頭上使用齒輪傳動裝置來為房屋創建基礎和墻壁。它的原理跟使用泥造磚極戎相似，建成的建筑能夠抵擋地震和其他自然災害。霍什內維斯稱使用該工藝不僅造價便宜、快速建造，而且對環境友好，建設造價和材料大幅度降低。
隨著3D打印技術的完善，越來越多的物品都可以由3D打印完成。截至2013年1月，這些3D打印而成的產品都是小件物體。不過，3D打印的潛力遠不止可以生產DIY的家居物品這么簡單。實際上，這項技術甚至可以徹底顛覆傳統的建筑行業。2013年1月，一位荷蘭的建筑師就表示他要用3D打印技術建造一棟建筑。
24小時打印10間房
據《北京青年報》21日稱，此次打印出的房子不大，最高不過兩層，面積也就十來個平方，墻體呈現出年輪蛋糕的結構，由一層層水泥材料堆疊而成，每層大約2厘米高。
與眾不同的墻體，其實是用一種特殊的“油墨”，根據電腦設計圖紙和方案，在現場層層疊加“噴繪”而成。至于打印過程中的玄機，這項技術的發明者，上海盈創裝飾集團的董事長馬義和說，這是他們眼下的最高機密。不過從拍攝的打印現場視頻片段可以看到，一只巨大噴頭像奶油裱花一樣源源不斷噴出灰色油墨，油墨呈“Z”字形排列，層層疊加，很快便砌起了一面高墻。
之后，墻與墻之間還可像搭積木一樣壘起來，再用鋼筋水泥進行二次“打印”灌注，連成一體。馬義和介紹，整個打印過程，只需要一張圖紙、一臺電腦、就地取材制造的足夠“油墨”，就可以在24小時內打印出10幢200平方米建筑。
打印機底面積堪比籃球場
打印一張A4紙的打印機，體積已經不小，要打印一幢房子，該要一臺多大的打印機？上海盈創裝飾集團稱，高6.6米、寬10米、長32米的打印機，底面占地面積足有一個籃球場那么大，高度足有三層樓高。且打印機長度還可以延伸，完全拉開足有150米長。馬義和前幾年對它完成了設計研發，然后全球定制零部件，最終在蘇州工廠組裝而成。這次現身青浦的3D打印房屋，就是在蘇州打印好后搬運到上海的。
“用3D打印機來造房，是世界各國建筑師的夢想。此前，俄羅斯曾發布一幢3D打印建筑，但他們的原理是打印一個個像樂高積木一樣的配件，然后通過組裝做成建筑的墻體；荷蘭打印了一個景觀房建筑叫莫比烏斯環，是通過用沙子和黏合劑的方式打印若干個模塊進行組裝，最終，也沒有打印出完整的房子。而有了這臺打印機，就可以就地取材，制造打印‘油墨’，打出整棟房子。”馬義和稱。
“油墨”取材于建筑垃圾
在大多數人概念中，油墨肯定是液體的，“水”怎么造房子，能住人嗎？馬義和表示，“油墨”是一種經過特殊玻璃纖維強化處理的混凝土材料，其強度和使用年限大大高于鋼筋混凝土。“空心墻體不但大大減輕了建筑本身重量，還可以隨意填充保溫材料，并可任意設計墻體結構，一次性解決墻體的承重結構問題，因此無論是橋梁、簡易工房、劇院，還是賓館和居民住宅，其建筑體的強度和牢度都符合且高于國家建筑行業標準。”而“油墨”擠出后會很快凝固，保證打印機能連續打印。
馬義和說，“如果是整棟25層的住宅樓，只要打好地基，僅十天半月即可完成整棟樓的建筑框架。之后安裝好門窗，排好各類電線管道，再由打印機打印出整體的復合地板和家具，業主一個多月就可拎包入住” ；“現在，你看中了外灘的哪棟建筑，或者喜歡全球哪套品牌家具，只要用照相機拍下來，將設計圖紙輸入電腦，很快就可拷貝不走樣地打印出來。”
3D打印優勢：環保且成本低
打印建筑牢度怎樣，能用多少年？如果在將來推出3D打印住宅，有人會買嗎？
面對這些疑問，馬義和回答說，在他眼里，3D打印不僅是一種全新的建筑方式，更是一種顛覆傳統的建筑模式。它更加堅固耐用、保護環境、高效、節能，不僅解放人力，還能大大降低建造成本。據他介紹，3D打印最大亮點就是把建筑垃圾再利用，同時讓新建建筑不會產出新的建筑垃圾。“今后建筑工地不會再是一片狼藉，城市空氣質量也會得到改善。”
與傳統建筑行業相比，3D打印的建筑不但建材質量可靠，還可節約建筑材料30%-60%、縮短工期50%-70%、減少人工50%-80%……據他測算，打印至少能使建筑成本降低50%以上，讓更多人住得起房子。不過，新型“油墨”打印的建筑，其剛度、強度和耐久性等綜合性能還待進一步驗證。
建筑專家質疑原材料
創新值得肯定，但3D打印住宅還有很長的路要走。
因青浦打印建筑的亮相，這一周來馬義和成為建筑業內的關注熱點。而他的下一步計劃，將在全國尋找合作方，在全國間隔300公里范圍內建100家夢工廠，今后就地取材，就地制造油墨，就地打印。　　不過，對于如此大手筆的規劃，似乎也有人表示了擔憂。有專家表示，雖然在理論上運轉良好，但當規模變大后，可能會突然失效。在很長的時間里，3D打印房屋可能只會用在一些臨時建筑上。
同濟大學建筑系教授來增祥同樣表示，3D打印在建筑新材料開拓和建筑工藝上的創新探索值得稱贊，不過3D打印房屋要真正普及，恐怕還需斟酌。比如該3D打印“油墨”的構成主要是高標號水泥和玻璃纖維。而據他所知，某些國家禁止建筑物大量使用玻璃纖維，因為玻璃纖維會影響人體呼吸系統。高強度水泥未來的回收也有困難，目前我國高層住宅普遍使用的是鋼筋混凝土或全鋼結構，其中鋼鐵可以回收，因此傳統建筑材料在未來的一段時期內依舊有很大優勢。　　此外，建筑不光有外在的形態，特別是人居住宅，更需要對內部結構、綜合強度、剛度、防火性、使用年限等多方面進行綜合考量。來增祥認為“油墨”的承載力強度、耐久性等各項指標是否符合標準，還有待專家和有關部門的權威檢測和認證。

3D打印技術主要應用于哪些地方？

3d打印的應用領域主要有：建筑設計：在建筑業里，工程師和設計師們已經接受了用3D打印機打印的建筑模型，這種方法快速、成本低、環保，同時制作精美。完全合乎設計者的要求，同時又能節省大量材料。制造業：制造業也需要很多3D打印產品，3D打印無論是在成本、速度和精確度上都要比傳統制造好很多。而3D打印技術本身非常適合大規模生產，所以制造業利用3D技術能帶來很多好處。食品產業：研究人員已經開始嘗試打印巧克力了，可以做出各種不同的造型。工業：大型的工業企業已經開始用3D技術打印金屬粉末，激光成型。珠寶業：目前3D打印技術已經應用于珠寶行業，可以制造各種樣式的珠寶。3D打印技術及應用課程是西北工業大學于2017年3月15日首次在中國大學MOOC開設的慕課課程、國家精品在線開放課程。該課程授課教師是汪焰恩。據2021年3月中國大學MOOC官網顯示，該課程已開課7次3D打印技術及應用課程共5章，內容包括3D打印技術的歷史沿革及其與增材制造的關系、各類3D打印技術的制造工藝原理、3D打印技術的增材制造前處理技術與原理、3D打印技術的后處理技術、3D打印各個領域的應用。[1]3D打印技術及應用課程共5章，第1章3D打印技術的歷史沿革及其與增材制造的關系，內容包括3D打印工藝的分類、3D打印的特點等；第2章各類3D打印技術的制造工藝原理，內容包括LOM 3D打印技術原理及裝備技術、FDM 3D打印技術原理及裝備技術等；第3章3D打印技術的增材制造前處理技術與原理，內容包括Solidworks基本功能介紹、以水杯為例模型設計等；第4章3D打印技術的后處理技術，內容包括各類3D打印技術后處理關鍵技術、各類3D打印演示等；第5章3D打印各個領域的應用，內容包括3D打印技術在建筑、醫療、航空航天領域的應用等

3d打印技術是什么

3D打印技術出現在20世紀90年代中期，實際上是利用光固化和紙層疊等技術的最新快速成型裝置。它與普通打印工作原理基本相同，打印機內裝有液體或粉末等“打印材料”，與電腦連接后，通過電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來，最終把計算機上的藍圖變成實物。這打印技術稱為3D立體打印技術。

“3D打印”其實不像聽起來那么神秘，就是應用計算機軟件設計或實物三維掃描，把獲取的數據導入特定的快速成型設備（俗稱3D打印機），通過添加式構造法逐層“打印”出產品。這個過程其實就是將實際物體沿某一坐標軸進行分層處理，將三維物體進行虛擬化的切片，得到無數個二維界面，由此形成每層截面的二維數據。然后再按照特定成形方法和技術每次只加工一個截面，并將多個截面自動疊加，這一過程反復進行，直到所有的截面加工完畢生成3D實體原型。

打個比方，3D打印就像蓋房子，一層層往上壘“磚”砌“墻”，只不過用的不是方磚水泥，而是工程塑料、粉末、尼龍、光敏樹脂，甚至是金屬、陶瓷等不同材料。3D打印技術目前應用領域非常廣泛，包括文物復制、醫療器械、建筑、教育、航空航天、文化創意等。該技術代表了未來制造業向信息化、智能化發展的方向。

擴展資料：

北京工業設計促進中心負責人表示，3D打印技術是制造方式和手段的革命化創新，代表著未來制造業信息化、智能化的發展方向，也會使生活更豐富多彩。目前，3D打印較多用于機械制造業領域設計的驗證階段，可大大節省工業樣品制作時間，縮短研發周期，降低以往在設計驗證中因開模具所耗費的時間和資金成本。

3D打印技術的前景無疑令人神往，或許在不久的將來，我們的電腦顯示器可以在幾小時內被“打印”出來；飛機機翼壞了可以利用3D打印技術再制造一個；在醫療領域，可以“打印”器官挽救生命??美國南加州大學教授比洛克·霍什內維斯甚至說，給他兩年就可以打印出一幢房子。

參考資料：百度百科-3D打印

參考資料：人民網-3D打印：顛覆傳統制造的革命

什么是3D打印技術？

3D打印（3DP）即快速成型技術的一種，又稱增材制造，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。

3D打印通常是采用數字技術材料打印機來實現的。常在模具制造、工業設計等領域被用于制造模型，后逐漸用于一些產品的直接制造，已經有使用這種技術打印而成的零部件。

該技術在珠寶、鞋類、工業設計、建筑、工程和施工（AEC）、汽車，航空航天、牙科和醫療產業、教育、地理信息系統、土木工程、槍支以及其他領域都有所應用。

擴展資料

3D打印技術原理分析

1、三維設計

3D打印的設計過程是：先通過計算機輔助設計（CAD）或計算機動畫建模軟件建模，再將建成的三維模型“分割”成逐層的截面，從而指導打印機逐層打印。

設計軟件和打印機之間協作的標準文件格式是STL文件格式。一個STL文件使用三角面來大致模擬物體的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一種通過掃描來產生三維文件的掃描器，其生成的VRML或者WRL文件經常被用作全彩打印的輸入文件。

2、打印過程

打印機通過讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來，再將各層截面以各種方式粘合起來從而制造出一個實體。這種技術的特點在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。

打印機打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米來計算的。一般的厚度為100微米，即0.1毫米，也有部分打印機如ObjetConnex系列還有3DSystems‘ProJet系列可以打印出16微米薄的一層。而平面方向則可以打印出跟激光打印機相近的分辨率。

打印出來的“墨水滴”的直徑通常為50到100個微米。用傳統方法制造出一個模型通常需要數小時到數天，根據模型的尺寸以及復雜程度而定。而用3D打印的技術則可以將時間縮短為數個小時，當然其是由打印機的性能以及模型的尺寸和復雜程度而定的。

3、完成

目前3D打印機的分辨率對大多數應用來說已經足夠（在彎曲的表面可能會比較粗糙，像圖像上的鋸齒一樣），要獲得更高分辨率的物品可以通過如下方法：先用當前的3D打印機打出稍大一點的物體，再稍微經過表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。

有些技術可以同時使用多種材料進行打印。有些技術在打印的過程中還會用到支撐物，比如在打印出一些有倒掛狀的物體時就需要用到一些易于除去的東西（如可溶的東西）作為支撐物。

參考資料來源：百度百科-3D打印