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话说建筑3D打印一直都是热门，国内外建筑3D打印发展现状、建筑3D打印存在的问题和发展方向、建筑3D打印的发展前景这些系统知识你都了解吗，小编找到一篇好文章，快来get！ 建筑3D打印的发展现状 3D打印技术在建筑领域的应用目前可分为两个方面。 1）在建筑设计阶段，主要是制作建筑模型和城市规划模型，设计师们已经开始使用3D打印机将虚拟中的三维设计模型直接打印为建筑模型，这种方法快速、环保、成本低、模型制作精美。 城市规划模型 2）在建筑施工阶段，主要是利用3D打印技术建造足尺建筑，通俗地说，就是用机器人盖房子。在建筑施工领域， 3D打印建造技术的应用还处于探索阶段，国外在这方面开展了很多实践，国内在这方面也处于领先地位。美国的“轮廓工艺”、意大利的“D-shape”、中国的盈创、荷兰的“Kamer Maker”、英国的Arup都对建筑3D打印技术进行了深入研究，取得了很多具有开创性的研究成果。 美国的“轮廓工艺” “轮廓工艺”项目负责人、南加州大学教授霍什内维斯介绍，“轮廓工艺”其实就是一个超级打印机器人，其外形像1台悬停于建筑物之上的桥式起重机，两边是轨道，中间的横梁是打印头。横梁可以上下、前后移动，进行x轴和y轴的打印工作，一层层地将房子打印出来。“轮廓工艺”3D打印技术目前可以采用水泥混凝土为材料，按照设计图的设计，用3D打印机喷嘴喷出高密度、高性能混凝土，逐层打印出墙壁和隔间等，再用机械手臂完成整座房子的基本构架，全程由计算机程序控制。
“轮廓工艺”打印的构件 建造过程中,打印头会根据计算机的指示，按照设计图外形,像挤牙膏一样, 在指定位置喷出1圈半流体的混凝土材料。然后喷嘴附带的2个泥铲会自动伸出, 规整混凝土的形状。
意大利的“D-shape” “D-shape”用建筑材料打印出高4m的建筑物。“D-shape”打印头的底部有数百个喷嘴，可喷射出镁质黏合物，在黏合物上喷撒砂子可逐渐铸成石质固体，通过一层层的黏合物和砂子结合，最终形成石质建筑物。打印机喷头每打印1层时仅形成5～10mm的厚度 ，打印速度较慢。建造完毕后建筑体的质地类似于大理石，比混凝土的强度更高。 “D-shape”3D打印机
Enrico Dini也在尝试打印更大的结构，并尝试在结构中插入钢筋以提高结构的整体性能。
中国的盈创 2014年5月，10幢3D打印建筑在上海揭开神秘面纱。这些建筑的墙体是以特殊“油墨”为原料，“油墨”主要是建筑垃圾、工业垃圾、水泥，此外还有玻璃纤维和特殊的助剂。计算机根据设计图纸控制1台大型3D打印机层层叠加打印而成，墙体构件是中空的，可在里面填充保温材料，因此具有良好的保温性能。打印机械比较类似于吊车，打印机械的喷嘴连续挤出条状的“油墨”，“油墨”层层堆叠形成了一面墙，打印的核心技术就是保证“油墨”在堆叠的过程中不会坍塌，喷嘴挤出第2层“油墨”时，第1层“油墨”必须半凝固，既不能流动，又要与第2层黏合。 10幢3D打印建筑
荷兰的“Kamer Maker” 2014年3月，荷兰的Dus Architects公司在阿姆斯特丹北运河带上利用1台名为Kamer Maker的大型3D打印机开始打印一栋运河房屋“Canal House” ，共由13个房间组成。目前整个项目已经开始在北部运河的一块空地上“奠基”，整个建筑有望3年内构建完成。
“Kamer Maker”使用的打印材料为可循环塑料，塑料可从碎塑料瓶子中回收得到。根据设计方案，“Kamer Maker”将打印一系列的构件，首先是建筑外墙，然后是天花板和房间的其他部分，最后是家具。这些部件将在原地进行装配，由于它们的一些边缘已经像巨型乐高积木一样设计成型，因此能够互相连接到一起组装成房屋。每打印一块构件需要花费约1周时间，因此整个项目的工期为3年，由于打印速度比较慢，设计人员通过给打印头加装风扇等方式加快打印速度。构件具有蜂窝状的内部结构，最终将充满一种材料，使其达到类似于混凝土的硬度，以支撑整栋房屋。
“Kamer Maker”打印塑料构件
3D打印的结构构件
英国的ARUP 2014年6月，工程顾问公司ARUP在海牙设计了一个张拉整体结构，整个结构中存在着不规则连接和特殊结构角度，导致1 200个节点每个节点都是唯一的。如果按照传统的焊接或铸造技术来生产这些节点，成本将非常高，因为每个节点都是唯一的，磨具或切割焊接成本将非常高，因此Arup利用SLS技术开发了1套3D打印设备，复杂异形钢节点能够通过3D打印设备很快地制造出来。先进的制造工艺导致了设计方法的改进，这些节点采用了最新的优化设计方法，沿着结构的传力路径布置材料，使每部分材料均发挥最大作用。
3D打印节点
传统焊接节点 建筑3D打印的发展思考 打印材料 打印材料是建筑3D打印的核心技术，未来建筑3D打印的发展和突破是以打印材料的突破为基础的。目前采用的打印材料主要是以混凝土为基材，存在着抗拉强度低，抗裂性能差，韧性差，构件易脆性破坏等问题。 打印方式 目前建筑3Ｄ打印采用的打印方式还局限于传统的打印方式。“轮廓工艺”和盈创采用的打印方式类似于FDM技术（熔积成型技术），通过“挤出”半凝固的打印材料来构建物体，但是这种打印方式存在一个矛盾的问题，一方面需要打印材料迅速形成强度，在打印过程中上层材料的堆积会对下层材料形成压力，如果打印材料在短时间内没有形成足够的强度，就会在压力作用下产生变形；另一方面，如果打印材料迅速“固化”，则两层打印材料之间的层间粘结性能就比较差，形成构件的一个薄弱环节。“D-shape”采用的打印方式类似于SLS技术（选择性激光烧结技术），首先铺设层状粉末（砂子），再将粉末粘结来构件物体，但是这种打印方式的问题是打印速度较慢，不适合于像建筑之类的巨型构件。因此建筑3D打印的打印方式还需要跳出已有思维方式的束缚，还需进一步探索更适合于建筑建造特点的打印方式。
打印设备 目前建筑3D打印设备主要是采用轨道式，这种方式的特点是结构简单稳定，打印精度高，但不适合于现场作用。 设计方法 目前建造3D打印在工程施工中的应用还属于探索阶段，没有成熟的设计理论和方法可以借鉴。由于3D打印建筑与传统的钢筋混凝土结构、砌体结构在材料性能和建造工艺上有较大区别，因此需要在充分了解材料性能和构件性能的基础上研究适合于3D打印建筑的设计理论和设计方法。 施工工艺 建筑3D打印技术作为一种全自动的施工方法，与传统的以人力为主的施工方法相比有诸多的不同点，其在施工工艺方面需解决支撑、找平、配筋结构装饰一体化等问题。 标准体系 3D打印建筑的打印材料标准、设计规范、施工规范、验收标准等一系列的标准体系的制定是建筑3D打印技术在发展过程中逐步形成的，应在市场的主导作用下，以企业为主体逐步发展完善。标准体系应按照企业标准、行业标准、国家标准的顺序来逐步推进。 建筑3D打印的前景 1) GRC、SRC等高档建筑装饰构件 2) 雕塑小品 3) 别墅 4) 农村住宅 5)经济适用房和廉租房 6)高层住宅 7)抗震救灾紧急用房 8) 防风固沙 9) 太空基地
来源丨作者：田伟，肖绪文，苗冬梅；以上内容节选自《建筑3D打印发展现状及展望》，《施工技术》2015年第17期 注意啦！ |
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