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建筑3D打印机带来的好处

2018-09-22 17:03
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3D打印建筑模型制作是利用工业机器人逐层重复铺设材料层构建自由形式的建筑结构的新兴技术,这种工艺原理叫做增材制造,通过逐层累积最终形成一个成品。其构成和传统打印机基本一样,都是由控制组件、机械组件、打印头、耗材和介质等架构组成的。根据电脑上设计的完整的三维模型数据,通过一个运行程序将材料分层打印输出并逐层叠加,最终将计算机上的三维模型变为建筑实物。一个房子或者一群房子,即使每幢建筑形态各异,都可以通过一个运行程序来自动构建。


与传统施工工艺相比,3D打印机技术的优势主要有:1.施工速度至少要快10倍,且建筑类型、复杂性等因素不会增加建设成本;2.由于全程由电脑程序操控,直接基于CAD设计等的施工建造只产生5~10mm的误差,该技术允许的精度和设计自由性在过去闻所未闻,建筑师和工人间的问题将不再阻碍建筑师所要表达的设计想法;3.不需要模板,定制型强,可塑性好,可打印出任何细节特点与复杂曲面、管道等;4.可以使消费者根据自己的需求量身定制产品;5.无需人工干预意味着建筑行业伤亡事故风险的大幅减少,大量节省人员劳工,且用于建筑施工的安全措施费降低;6.可以就地取材,极大节省建造的运输成本;7.由于是整体结构成形,建筑抗震性能大大增强;8.可以适应恶劣环境,如在高原、雪山、沙漠、海洋、甚至地外星球等人为施工条件极其恶劣的环境下进行施工建造;9.可以运用于古文物保护中,精准恢复古建筑的残损、遗失部分;10.可以降低建筑粉尘污染,减少雾霾,保护环境实现绿色环保。

3D打印建筑001.png


综上所述,虽然国内外学者对3D打印材料有了一定的探索并基于材料特性摸索了相应的打印模式,但是在适应多元材料的打印设备系统和工艺流程系统的研究上显得较弱,都是各成一家,缺少交流和融合。如Enrico Dini对细沙和镁基胶的运用,是基于胶凝材料和细骨料混合硬化的的快速成型原理,也因此探索出能够打印复杂形体的D-Shape打印设备。BehrokhKhoshnevis在混凝土配方材料的快速成型打印技术上研究较多,并探索了多种适合混凝土打印机的屋盖形状。其他基于塑料或纤维材料而产生的打印工艺又各不相同,不同材料衍生的不同工艺直接的配合与融合的过程还有待研究。 其次,国内外学者研究建筑3D打印已经进入较快的发展阶段,研究的初步成果较多,但是缺乏系统、完善的方法体系。现在全世界采用3D打印技术已完成实际建设的项目更是少之又少。


D-Shape打印机和轮廓打印机技术的研究为我们提供了一个很好的参考方法,在这个基础上,若将3D打印原理和建筑结构及材料的关键技术问题结合起来,发展新的低成本的3D打印方法体系,不但对于解决全球住房危机和节约能源、环保等问题从而促进社会和谐发展显得迫切而意义深远,也会对未来建筑业的发展产生重大的影响。



在建筑行业,3D打印技术顺应产业革命的发展,将使大规模的个性化生产成为可能,逐步实现快速建造和产业化生产,并会创造出大量的传统工艺无法生产的新型材料,这将会带来全球制造业经济的重大变革。 尽管过去20年里已经开发了一些快速成型的方法,且在很多领域已经有了基于这类方法的成功应用实践(包括工业加工、医疗、玩具制造等),这些扩展应用的成果为3D建筑打印技术提供了良好的研究基础,但国内外目前研究3D建筑打印的专家学者并不多,大多数分层制造方法受限于可用建筑材料的匮乏。此外,它们还严重受制于材料的低沉积率,这使得这些方法只能适合小的工业零部件。因此,目前3D建筑轮廓打印可以说是唯一适用于建设大型复杂建筑的新的建造方法。