3D打印技术的研究现状与在建筑行业的应用前景

科技创新

D01：10.19392/j. cnki. 1671-7341.201715001

3D打印技术的研究现状与在建筑行业的应用前景

费倩儒

重庆交通大学经济与管理学院重庆400074

摘要:本文梳理了 3D打印技术的概念，分析了国内外各领域3D打印技术的研究趋势，重点研究了建筑邻域3D打印技术的

研究现状，同时指出了该技术在建筑业的应用前景，以期为下一步深入研究3D打印技术提供有益的参考。

关键词:3D打印;研究现状;建筑业；应用前景3D打印思想最早出现于19世纪末，直到20世纪80年代 人类才制造出了第一台3D打印机。3D打印是一种可以运用 真实材料建造实体的快速成型技术，目前已经应用到许多学科 领域。基于此，本研究以3D打印技术概念为立足点，分析了国 内外各领域3D打印技术的研究趋势，重点研究了建筑邻域3D 打印技术研究现状，同时指出了其在建筑业的应用前景，以期 对进一步研究3D打印技术有所启示。

—、3D打印技术概念

3D打印技术是一种制造过程，利用实体材料将读取的信 息逐层打印出来，再将其以各种方式粘合起来制造出实体，缩 短了大量制造时间，提升了成品精准度，现逐渐用于产品或零 部件的直接制造。

二、 国内外3D打印技术研究现状

国外3D打印技术已有30多年的历史，已在航空航天、汽 车、生物医疗等领域得到广泛应用，我国对于3D打印技术的研 究还处于初步阶段，相比先进国家依然存在着较大的差距。 2015年发布的《中国制造2025》规划纲要中，至少有六 处指出3D打印，凸显出我国对于该技术的重视。本文以 “CNKI”作为文献样本来源，“3D打印”为检索词，搜索2008- 2016年内发表的核心期刊论文（包括被CSSCI、EI及SCI收录 的文献），共获取1065篇，发现从2013年起关于3D打印的论 文数量迅速攀升，说明3D打印技术已成为当前各领域学者关 注的一个热点内容，也将成为未来研究的重点。

三、 3D打印技术在建筑领域研究现状

(一） 建筑设计

目前3D打印机在建筑设计领域上应用广泛，在建筑设计 阶段主要用来制作建筑模型。于雷指出设计师可打印出1:1 实体构件来直观评估其形式与功能[1]。因此3D打印技术是一 种高效的设计辅助工具，其可视化、立体化可以增加设计师创 作时的感知，有利于设计方案的确定。

(二） 沙盘制作

过去沙盘制作一般需找专业公司制作配件，再整体组合， 过程复杂、时间长、费用高、细节精度低，而3D打印机可直接将 三维图打印出来，对精细度、时间及难度都有了很大提高。所 以利用3D打印技术制作的沙盘较传统沙盘制作有了质的飞 跃，必将成为今后发展趋势。

(三） 工程施工

目前3D技术在工程施工方面的应用主要有美国的“轮廓 工艺”、英国的“ D-2001年美国加州大学教授Behrokh提出“轮廓工艺”技 术[2]，以水泥砼为材料，利用计算机控制3D打印机按照设计图

逐层打印房屋轮廓，再用机械手臂完成其基本构架。经过多年

发展，轮廓工艺愈渐成熟，国外有团队已开始研究在月球上建 造太空基地的可能性[3]。

2. D-shape

2007年意大利工程师Enricc提出了一种通过喷挤粘结剂 来选择性胶凝硬化逐层砂砾粉末实现堆积成型的方法及 D-Sh>e[2]。该技术所用材料并非水泥材料，而是砂砾粉末，打

印成型的构件强度高、整体性好，大幅降低了碳排放，但其打印

过程缓慢，构件尺寸受机械且成本高。

3.混凝土打印

国外研究学者Rihad等人研发了新型水泥基浆体材料， 并成功打印包含精确定位孔洞的混凝土面板及墙体等[4]。而 我国对3D打印技术的使用也有了很大突破。清华大学冯鹏等 采购了美国Z Ccpcatic公司生产的3D打印机，研究了工程 结构中可能采用的粉末和液体混合胶凝体系的3D打印结构的 细观特征和力学性能[5]。

总之建筑3D打印建造技术的研究还刚刚起步，尚存在许 多问题，距离真正应用于房屋建筑的建造还有较大差距。而 且，3D打印技术在社会经济效益评价方面还处于空缺，还需在 技术工艺发展成熟、机械材料成本得到有效控制后才能真正应 用于各个领域。

四、 3D打印技术在建筑行业应用前景

本研究将其在建筑行业应用的发展前景归纳为以下3点。(1) 用于建造应急性、临时性建筑。3D打印的建造成本相 对于传统人工低、周期短，一旦发生地震等自然灾害，可为灾民 提供住所。

(2)

设计可视化。设计师可通过3D打印技术更加灵活地

调整设计以达到最优化。

(3) 不规则建筑。3D打印建筑是一种精细化数控操作方 式，比人工建造更精准，更能将建筑实体完整制造出来。五、 结语

3D打印技术作为现代信息技术的一个主要部分，在许多 领域已有了显著成果。本文通过研究其在建筑领域中的应用 现状，发现3D打印技术的研究还存在许多弊端，尚存在许多问 题没有得到有效解决，如建筑材料等问题，使得距离真正应用 于高层房屋建筑还有较大差距，因此下一步应集中研究解决 3D技术在建筑领域应用的局限性，争取在3D打印建造技术的 局部领域有所突破，以加快建筑产业现代化的发展步伐。

参考文献：[1 ]于雷.三维打印技术在建筑设计中的互为反馈作用 [J].住区，2013(6):65-70.

[2 ] Soar R. The Role of Additive Manufacturing and Physiomi- metic Computational Design for Digital Construction [ J ]. Architec­tural Design，2012,82(2) ：126-135.

[3] Khoslinevis B，Thangavelu M，Yuan X，et al. Advances in Contour Crafting Technology for Extraterrestrial Settlement Infra­structure Buildup [ C]. AIAA SPACE 2013 Conference and Exposi­tion， 2015.

[4] 蒋佳宁，高育欣，吴雄，等.混凝土 3D打印技术研究现 状探讨与分析[J].混凝土，2015(5):62-5.

[5 ]冯鹏，孟鑫淼，叶列平.具有层状结构的3D打印树脂增 强石膏硬化体的力学性能研究[J].建筑材料学报，2015，（2): 1-15.

作者简介：费倩儒（1993-)，女，汉族，陕西西安人，硕士，研 究方向：工程项目管理。

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