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摘要：针对建筑领域中的3D打印技术应用，在介绍技术基本情况和原理的基础上，对其在建筑模型制作和建筑实体打印方面的实践应用进行深入分析，以此为进一步开发和利用3D打印技术在建筑领域的优势提供理论依据。
关键词：3D打印技术；3D打印建筑模型；3D打印建筑实体
1、前言
建筑业的快速发展对设计、建造方法提出了新的要求，传统技术显得越来越乏力，表现为设计过程繁琐，缺乏实体模型等，而3D打印技术的出现和应用，不仅为建筑设计提供了易得的实体模型，而且随着大型3D打印机的问世，还使3D打印建筑成为现实。
2、3D打印技术
2.1 技术介绍
3D打印产生于美国，在八十年代末期，在科技进步的促进下，得到飞跃式发展，从88年到93年5年间就实现了从LOM向3D打印的飞跃。对于3D打印而言，它的实现需要依靠数字技术材料打印机，在工业设计和模具制造中用于制造各类复杂的模型，之后逐步演变成一种直接制造技术，现已存在由3D打印制成的实体零部件[1]。3D打印最大的优势除了其本身外，就是极为广泛的应用范围，不仅与人们的生产生活关系紧密，而且还能用于航空航天及国防军事等领域。
2.2 技术原理
生活或工作中常用的打印机能打印出由电脑完成设计的二维物品，在工作原理上，此类打印机和3D打印机并没有太大的差别，最大的不同在于打印材料。对普通打印机而言，其材料主要是纸张与墨水，而对3D打印机而言，其材料多种多样，常见的有塑料、金属和陶瓷，都是真实存在的原材料，当电脑和打印机建立联系后，在电脑上进行控制就能对材料进行叠加，使电脑中的虚拟图变成真实物体。简单而言，3D打印机实际上就是能以打印的形式制作事物的设备，比如打印一辆车、打印一个模型，甚至打印一种食物。采用3D打印这一名称的目的是它的技术原理和常规打印相似，尤其是分层加工和喷墨的过程。
3、建筑领域3D 打印技术的应用实践分析
3.1 建筑模型制作
如前所述，3D打印应用范围十分广泛，很多领域、行业都有一定涉及。在建筑业中，3D打印技术的出现和应用有彻底取代以往做法的趋势。目前，住房要求日趋升高，为满足建筑使用要求，往往要进行复杂化设计，而在设计过程中必然会用到模型，但传统意义上的模型制作技术已无法满足建筑师要求，表现为以蓝图为主，无实物。因此，3D打印一经出现就得到了建筑师们的高度重视。
八十年代中期，3D打印机诞生，而且在同年就利用这一打印机制作了简易建筑模型实体。通过多年的改进和发展，3D打印建筑模型的技术已经十分成熟，其操作过程实际上并不复杂，仅需在电脑中输入建筑的相关参数，并将所需材料按一定规律添加至3D打印机，点击开始打印的按钮，即可得到与电脑显示完全相同的实体模型，而且整个过程不需要很长的时间，最快几分钟就能完成，极大的提高了设计效率。利用通过3D打印得到的实体模型，除了能帮助开发商销售，还能为消费者提供实物，从而更好的选择购买。
3.2 实体建筑打印
LGM是美国的一家以大型3D打印机为核心技术的公司，将黏结剂有选择性的喷射在石膏粉上，以此为不同客户提供模型制作服务，如建筑概念模型、建筑结构模型、建筑地形模型等。英国建筑师在掌握3D打印技术内涵的基础上，致力于采用金属、水泥和陶瓷等材料打印出实体建筑。比如对材料构成复杂的墙体进行打印，不仅无需单独加工，一次成型，而且门窗预留洞、预埋件等一步到位，省去了大部分步骤。又以“Enrico Dini”3D打印机为例，它拥有百余个喷嘴，通过对黏结剂的喷射使镁粉与砂充分黏结，由它打印而成的构件或建筑，在材质上和大理石相似，且强度比混凝土高，基本不需要设置钢筋来加固。该打印机的成型时间仅有普通方法的25%，同时能节省近一半的造价[2]。
3.3 技术应用
3D打印建筑的墙体采用以水泥为原料的特殊油墨，通过打印机逐层叠加形成，在表面可以清楚看到叠加痕迹。建筑屋面、地面的打印材料均为处理后的由建筑垃圾制成的特殊混凝土，其强度与寿命都优于普通混凝土。此外，打印而成的空心墙结构极大的减轻了构件自重，可根据气候条件填充其它材料进行保温，为使用者提供了多元化的选择。
由此可设想，不论是最常见的房屋建筑、建筑综合体还是桥梁等其它建筑实体，都可以借助3D打印技术实现快速建造。以房屋建筑为例，只要有适合的3D打印机，则仅需进行合理的设计、地基处理和选择适宜材料即可在很短的时间内制成建筑框架，然后再根据使用功能需求进行装饰装修、机电安装、管线布置，相信不会超过一个月就可以正式交付使用。此外，由此建造的建筑实体在充分利用废料、减少生产过程消耗和排放、降低成本等方面是传统建筑无法比拟的，更加贴合现阶段绿色环保、节能减排的建筑主题[3]。
4、3D技术应用发展策略研究
不难发现，如前文所述的技术、法规、市场、经济等问题不是独立存在的。它们大多相互纠缠在一起，而为了以上三个阶段的逐步实现，人们难以通过针对的方法对其逐个进行解决。譬如，因为规范建设的缓慢，直接导致了相关的实践无法顺利获得执行，而经验和实例的缺乏则进一步阻碍了规范的推进，同时也抑制了市场接受度的提升。研发团队因此难以获取必要的资金实现对新技术的开发和新应用的支持，而在材料和工程技术得不到更新的局面下，3D打印在实际应用方面也难有突破性的发展。
因此，该技术的应用不能仅依靠设计师、企业或政府单方面的推动，而需要社会各个阶层和团体的协作。通过表1的分析可知，基础设施的营建，社会各界的积极宣传，对自然与社会环境的积极作用，是3D打印在建筑、景观和城市建设方面应用中最为重要的发展对策。不管是从该技术所具备的社会效益等优势还是自身的缺陷出发，由政府引导和企业牵头的公益事业或许是栽培3D打印技术较为适宜的土壤。
首先，该技术在应用方面已有不少非营利性质的资金投入，并具备扩大再生产的前提条件。其次，作为非营利性质的公益事业，它能取得较高的社会关注，使整个研发和实践过程保持高度公开化和透明化，从而逐步提高市场的接受程度。第三，通过政府的正确引导，能让新事物的发展在政府公信力的支持下不断提升消费者的信任感，并加速推进相关法规的建设。同时，多元化的运作主体也能更广泛地接触到市场的方方面面，并从中获取新的需求和发展思路。公益事业是有效地整合社会资源的一种模式，对具备社会价值的新兴事物的成长有着较强的辅助和推动能力，因而它能在一定程度上推进3D打印技术在建造领域的发展。
5、结束语
综上所述，3D打印是一项适用面广、快速、材料选择灵活的成型技术，它在建筑领域的应用从最初的模型制造已经发展到今天的实体建造，而且鉴于打印材料的宽泛性，使建筑建造成为充分利用废料的过程，实现了降低排放和缩短工期的双重目标。然而，3D打印完全依靠3D打印机来实现，更大、更先进3D打印机的设计制造是进一步推动3D打印技术发展的必经之路。
参考文献：
[1]张皓， 安宇尘. 3D 打印技术在建筑工程领域的应用与前景[J]. 山西建筑， 2016， 42（11）：17-18.
[2]张越. 3D打印技术及其应用进展研究[J]. 华中师范大学学報自然科学版， 2016（04）：61-62.
[3]王青. 3D打印技术在建筑工程中的应用[J]. 科技创新与应用， 2016（34）37-38.
关键词：3D打印技术；3D打印建筑模型；3D打印建筑实体
1、前言
建筑业的快速发展对设计、建造方法提出了新的要求，传统技术显得越来越乏力，表现为设计过程繁琐，缺乏实体模型等，而3D打印技术的出现和应用，不仅为建筑设计提供了易得的实体模型，而且随着大型3D打印机的问世，还使3D打印建筑成为现实。
2、3D打印技术
2.1 技术介绍
3D打印产生于美国，在八十年代末期，在科技进步的促进下，得到飞跃式发展，从88年到93年5年间就实现了从LOM向3D打印的飞跃。对于3D打印而言，它的实现需要依靠数字技术材料打印机，在工业设计和模具制造中用于制造各类复杂的模型，之后逐步演变成一种直接制造技术，现已存在由3D打印制成的实体零部件[1]。3D打印最大的优势除了其本身外，就是极为广泛的应用范围，不仅与人们的生产生活关系紧密，而且还能用于航空航天及国防军事等领域。
2.2 技术原理
生活或工作中常用的打印机能打印出由电脑完成设计的二维物品，在工作原理上，此类打印机和3D打印机并没有太大的差别，最大的不同在于打印材料。对普通打印机而言，其材料主要是纸张与墨水，而对3D打印机而言，其材料多种多样，常见的有塑料、金属和陶瓷，都是真实存在的原材料，当电脑和打印机建立联系后，在电脑上进行控制就能对材料进行叠加，使电脑中的虚拟图变成真实物体。简单而言，3D打印机实际上就是能以打印的形式制作事物的设备，比如打印一辆车、打印一个模型，甚至打印一种食物。采用3D打印这一名称的目的是它的技术原理和常规打印相似，尤其是分层加工和喷墨的过程。
3、建筑领域3D 打印技术的应用实践分析
3.1 建筑模型制作
如前所述，3D打印应用范围十分广泛，很多领域、行业都有一定涉及。在建筑业中，3D打印技术的出现和应用有彻底取代以往做法的趋势。目前，住房要求日趋升高，为满足建筑使用要求，往往要进行复杂化设计，而在设计过程中必然会用到模型，但传统意义上的模型制作技术已无法满足建筑师要求，表现为以蓝图为主，无实物。因此，3D打印一经出现就得到了建筑师们的高度重视。
八十年代中期，3D打印机诞生，而且在同年就利用这一打印机制作了简易建筑模型实体。通过多年的改进和发展，3D打印建筑模型的技术已经十分成熟，其操作过程实际上并不复杂，仅需在电脑中输入建筑的相关参数，并将所需材料按一定规律添加至3D打印机，点击开始打印的按钮，即可得到与电脑显示完全相同的实体模型，而且整个过程不需要很长的时间，最快几分钟就能完成，极大的提高了设计效率。利用通过3D打印得到的实体模型，除了能帮助开发商销售，还能为消费者提供实物，从而更好的选择购买。
3.2 实体建筑打印
LGM是美国的一家以大型3D打印机为核心技术的公司，将黏结剂有选择性的喷射在石膏粉上，以此为不同客户提供模型制作服务，如建筑概念模型、建筑结构模型、建筑地形模型等。英国建筑师在掌握3D打印技术内涵的基础上，致力于采用金属、水泥和陶瓷等材料打印出实体建筑。比如对材料构成复杂的墙体进行打印，不仅无需单独加工，一次成型，而且门窗预留洞、预埋件等一步到位，省去了大部分步骤。又以“Enrico Dini”3D打印机为例，它拥有百余个喷嘴，通过对黏结剂的喷射使镁粉与砂充分黏结，由它打印而成的构件或建筑，在材质上和大理石相似，且强度比混凝土高，基本不需要设置钢筋来加固。该打印机的成型时间仅有普通方法的25%，同时能节省近一半的造价[2]。
3.3 技术应用
3D打印建筑的墙体采用以水泥为原料的特殊油墨，通过打印机逐层叠加形成，在表面可以清楚看到叠加痕迹。建筑屋面、地面的打印材料均为处理后的由建筑垃圾制成的特殊混凝土，其强度与寿命都优于普通混凝土。此外，打印而成的空心墙结构极大的减轻了构件自重，可根据气候条件填充其它材料进行保温，为使用者提供了多元化的选择。
由此可设想，不论是最常见的房屋建筑、建筑综合体还是桥梁等其它建筑实体，都可以借助3D打印技术实现快速建造。以房屋建筑为例，只要有适合的3D打印机，则仅需进行合理的设计、地基处理和选择适宜材料即可在很短的时间内制成建筑框架，然后再根据使用功能需求进行装饰装修、机电安装、管线布置，相信不会超过一个月就可以正式交付使用。此外，由此建造的建筑实体在充分利用废料、减少生产过程消耗和排放、降低成本等方面是传统建筑无法比拟的，更加贴合现阶段绿色环保、节能减排的建筑主题[3]。
4、3D技术应用发展策略研究
不难发现，如前文所述的技术、法规、市场、经济等问题不是独立存在的。它们大多相互纠缠在一起，而为了以上三个阶段的逐步实现，人们难以通过针对的方法对其逐个进行解决。譬如，因为规范建设的缓慢，直接导致了相关的实践无法顺利获得执行，而经验和实例的缺乏则进一步阻碍了规范的推进，同时也抑制了市场接受度的提升。研发团队因此难以获取必要的资金实现对新技术的开发和新应用的支持，而在材料和工程技术得不到更新的局面下，3D打印在实际应用方面也难有突破性的发展。
因此，该技术的应用不能仅依靠设计师、企业或政府单方面的推动，而需要社会各个阶层和团体的协作。通过表1的分析可知，基础设施的营建，社会各界的积极宣传，对自然与社会环境的积极作用，是3D打印在建筑、景观和城市建设方面应用中最为重要的发展对策。不管是从该技术所具备的社会效益等优势还是自身的缺陷出发，由政府引导和企业牵头的公益事业或许是栽培3D打印技术较为适宜的土壤。
首先，该技术在应用方面已有不少非营利性质的资金投入，并具备扩大再生产的前提条件。其次，作为非营利性质的公益事业，它能取得较高的社会关注，使整个研发和实践过程保持高度公开化和透明化，从而逐步提高市场的接受程度。第三，通过政府的正确引导，能让新事物的发展在政府公信力的支持下不断提升消费者的信任感，并加速推进相关法规的建设。同时，多元化的运作主体也能更广泛地接触到市场的方方面面，并从中获取新的需求和发展思路。公益事业是有效地整合社会资源的一种模式，对具备社会价值的新兴事物的成长有着较强的辅助和推动能力，因而它能在一定程度上推进3D打印技术在建造领域的发展。
5、结束语
综上所述，3D打印是一项适用面广、快速、材料选择灵活的成型技术，它在建筑领域的应用从最初的模型制造已经发展到今天的实体建造，而且鉴于打印材料的宽泛性，使建筑建造成为充分利用废料的过程，实现了降低排放和缩短工期的双重目标。然而，3D打印完全依靠3D打印机来实现，更大、更先进3D打印机的设计制造是进一步推动3D打印技术发展的必经之路。
参考文献：
[1]张皓， 安宇尘. 3D 打印技术在建筑工程领域的应用与前景[J]. 山西建筑， 2016， 42（11）：17-18.
[2]张越. 3D打印技术及其应用进展研究[J]. 华中师范大学学報自然科学版， 2016（04）：61-62.
[3]王青. 3D打印技术在建筑工程中的应用[J]. 科技创新与应用， 2016（34）37-38.