混凝土3D打印技术到底是什么神操作，竟然可以打印建筑？

材料美学馆（ID：CLMXG_）编辑整理

01.材料概要

混凝土3D打印是通过利用计算机分层建模并发出程序指令，工业机器人受控逐层重复铺设材料从而构建出自由形式的建筑结构。

工艺原理：将建筑的图形设计模型转化成三维的打印路径，利用打印系统将凝结时间短、强度发展快的混凝土精确分层布料，逐层叠加累积成型，实现免模板施工。

02.混凝土打印工艺特点

1）智能化

采用建筑构件及建筑的设计数字化模型技术，实现高精度连续分层布料。

2）免模板

采用触变性好、凝结时间可控和强度发展快的混凝土，实现无模板布料逐层堆叠成型。

3）施工工期短，施工过程无污染

当前3D打印机可在24小时内完成10栋200平方米的单层建筑。在建筑过程中，低扬尘、低噪声、低污染，并且还减少运输成本，使得建筑能耗大大降低。

4）可打印结构复杂的节点

3D打印能够生产出高度数字化的具有复杂三维内部构造的构件。

5）材料成本低

与传统的建筑相比，3D打印建筑一次成型，避免了返工和因尺寸差别而导致的材料切割所造成的浪费，节约了大量材料成本和人工成本。

03.建筑3D打印机的系统构成

1）混凝土3D打印系统 

由混凝土输料系统、混凝土布料系统、打印路径控制系统组成。三个系统在计算机控制下协同工作，实现施工过程的智能化。

b. 建筑3D打印机结构 

a.建筑3D打印机

能使布料打印头按打印路径在3维空间移动的设备及控制系统。该设备的典型形式包括：笛卡尔直角坐标结构形式、极坐标布料机结构形式和关节式机械手臂结构形式。

b.布料打印头

混凝土3D打印布料头一般采用螺杆挤出的形式，具有挤出均匀，无脉冲的特点，能够实现墙体打印的平整性。

c.控制软件

建筑3D打印控制软件主要实现输料智能控制、布料智能控制和打印路径控制。有别于树脂类小型3D打印机控制软件，其涉及机械设备、自动化控制、软件开发等多个专业技术领域。

04.混凝土打印施工工艺和材料

1）施工工艺

主要分为5个步骤：混凝土配合比设计-混凝土制备-混凝土输送-布料打印成型-成品养护。

2）混凝土打印的“油墨”

在3D打印建筑中，干混砂浆将广泛地作为打印机的 “墨水”。3D打印建筑干混砂浆对于材料的要求同打印混凝土的要求相类似，都要求其具有良好的可塑性等性能。其性能要求：

05.混凝土打印的应用

混凝土3D打印目前主要用以三个建筑领域。

1）土木工程和建筑

例如迪拜的一个项目，其中涉及高大的路柱，带有历经精心设计的楼梯以及马德里的人行天桥，是采用3D打印设计的八段式安装，然后将其作为预制件安装起来。

2）城市空间

如人造珊瑚礁，花槽和迪拜抛光表面的长凳，公交车站，这些都可以依赖3D打印制造出“自由形状”。

3）历史和文化遗产保护

比如我国的3D打印石窟。

- 应用案例 -

01.迪拜政府大楼 

02.德国第一座3D打印的住宅建筑

03.3D打印“未来办公室”