3D打印技术在建筑业应用研究综述

摘 要：3D技术起源于20世纪80年代末，近年在各行各业应用广泛。本文将通过文献研究的方法对3D打印在建筑业的应用特点作出总结，以期对3D打印技术的应用研究作出理论依据和参考借鉴。

关键词：3D打印；文献综述；建筑业

从20世纪80年代起，随着计算机技术、新材料技术的快速发展，3D打印技术不断进步，逐渐走向人们的视野。李晓梅（2014）认为自3D打印机发明30余年来，经历了迅猛发展已成为当今最有生命力的先进制造技术之一[1]。

本文采用文献研究的方法，针对3D打印在建筑行业的应用找出优点及不足，为3D技术在建筑行业的应用提供发展方向和理论参考。

一、3D打印技术在建筑业的应用

（一）3D打印技术概念

江洪（2013）认为3D打印技术是一种增加制造技术，采用分层制造，逐层叠加的方式形成三维实体的技术[2]。李小丽（2014）总结道，3D打印是包括CAD建模、测量、材料、数控等学科[3]。

（二）3D打印技术在建筑业应用优点

李福平（2013）认为3D打印建筑技术优势为速度快；不需要使用模板，可以大幅节约成本，并且具有低碳、绿色、环保的特点[4]。杨健江（2015）认为相较于传统建筑模式，3D打印不仅节约资源，利用废弃物进行制造[5]。丁烈云（2015）认为建筑3D打印数字建造技术满足日益增长的非线性、自由曲面等复杂建筑形式的设计建造要求，是全新的设计建造方法论的革新[6]。

本文将建筑3D打印技术的优点整理如下：

1.基于施工层面。根据图纸以及相关数据，就可制造出建筑墙体、楼板等，大大节约了建筑时间；从设计文件里获得各种指令并进行工作，要求操作业者掌握的操作技能水平要求很低，一方面大大降低了人力成本，另一方面将操作者对产品质量带来的影响因素降到了最低；避免了施工现场存在的安全隐患，保障作业人员的人身安全，减少事故和伤亡。

2.基于经济层面。所需要的材料多可以就地取材，极大节省建造的运输成本；零部件生产一体化成型，既缩短了制造时间，节约了人力成本，又减少了采购及运输成本；仅需更换设计文件和打印材料就可生产不同的零件。

3.基于材料层面。采用增材制造方法，材料利用率高；3D打印技术可打印出高成本曲线建筑；遵照计算机程序，比人工的更加准确，产品质量有保证；打印过程中依据精确的几何计算，采用坚固耐用的材料，质量有保证；墙体是空心的相比钢筋混凝土实心墙体，3D 打印建筑的墙体要轻许多。

4.基于环保层面。原材料可以来源于建筑垃圾、工业垃圾，达到了节能环保、资源再生和改善环境的目标；采用干法施工可避免施工粉尘和噪声影响，生产制造过程中产生的废气、液等有害物质低，减少材料浪费和排污；打印过程几乎不产生噪声和大振动。

（三） 目前建筑3D打印技术存在的问题

3D打印技术虽发展迅速，但仍存在弊端。

1.精度问题。3D 打印技术由于工艺问题导致两层材料之间不能光滑过度，且只能形成样式简单且单一的条纹。影响建筑外立面的美观性。而在一定微观尺度下，如果需要制造的对象表面是圆弧形，那么这种具有一定厚度的条纹，就会造成精度上的偏差。

2.行业规范问题。3D打印建筑在行业内还没有任何相关的规范条例。使用年限和房屋产权等一系列问题都没有权威部门的认可。

3.材料性能问题。3D打印建筑多数为低矮建筑，相较于传统方式，在强度、刚度和加工性上均有不足。且其打印是水平逐层打印，缺少纵向钢筋。

4.设备问题。受限于工作原理，目前3D打印机打印速度较慢，且设备和原材料的价格居高不下在一定程度上阻碍了3D打印技术的发展。

5.伦理安全性问题。伴随着3D打印技术的发展和进步，人体器官的3D打印技术面临着伦理上引起大众质疑的困境。3D打印技术引发的安全风险也收到相应的质疑。

二、结论与展望

本文通过对3D打印技术的相关知识及其在建筑业应用的优缺点、发展前景的梳理和归纳，得到如下结论：

首先，缺少关于适应多元材料的打印设备系统和工艺流程系统的研究，缺少交流和互相融合。

其次，国内外学者研究建筑3D打印研究的初步成果较多，但是缺乏系统、完善的方法体系。

最后，3D打印技术近期发展迅猛，但3D打印的相关专业规定及法律条文并没有得到良好的研究。为避免矛盾与事故的发生，解决由3D打印所造成的冲突，建立公平、公正、完善的相关规定必不可少。

参考文献：

[1]刘晓梅.第三次工业革命背景下3D企业竞争力影响因素研究[D].东华大学，2014（11）

[2] 江洪，康学萍.3D 打印技术的发展分析.新材料产业，2013 （10）： 30-35.

[3]李小丽，马剑雄. 3D打印技术及应用趋势[J]. 自动化仪表，2014，01：1-5

[4]李福平，邓春林，万晶.3D打印建筑技术与商品混凝土行业展望[J].混凝土世界，2013，03：28-29.

[5]杨建江，陈响. 3D打印建筑技术及应用趋势[J].施工技术，2015，10：84-88+121.

[6]丁烈云，徐捷，覃亚伟.建筑3D打印数字建造技术研究应用综述[J].土木工程与管理学报，2015，03：1-10.

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