3D打印技术

3D打印技术

摘要：3D打印技术是一项全新的以“增材制造”方式逐层叠加生成三维实体技术，在建筑行业发展有重要作用，而其独特的制造方式将颠覆传统制造生产方式，未来有很大发展前景。

关键词：3D打印废料再生创新技术

3D打印概念源自19世纪末的美国，被称为“上上个世纪的思想，上个世纪的技术，这个世纪的市场”。其打印技术以数字模型文件为基础，通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术。

传统的部件生产完全依赖于生产工艺能否实现，而3D 打印技术的出现将彻底颠覆这一生产思路，任何复杂形状的设计均可通过3D打印技术来实现。

对于建筑行业来说，近年来旅游业蓬勃发展，我所就读的本科学校――河南大学坐落于八朝古都开封。作为一个有着两千七百多年历史的文化古城，历史上的开封有着“琪树明霞五凤楼，夷门自古帝王州”的美称，随着旅游业的发展，开封的复古类建筑也大量增加，如宋清宫殿、阁楼、牌坊、钟楼等。众所周知，古代传统建筑材料为砖石与木制，多为框架结构，主要包括梁、柱、椽、枋、檩等，极少使用铁钉

木钉，大量采用铆、接、嵌的形式。

对于这种结构，传统的施工方法只能采用分别制造再逐次嵌接而成，制造周期长、对工人要求高、费时废料。原因在于传统的制造技术是“减材制造技术”，需要对原材料进行大量加工，而大多数加工废料则无法再次利用而被浪费。3D打印则是“增材制造技术”，可以大大减少生产废料，虽然其对原材料要求甚高，需要能够液化、粉末化或丝化的性质，但随着技术的发展，目前已存在具有合格物理、化学性质的材料，完全可以代替木制，大量节约成本且比木制拥有更好的抗压、抗剪性。如图示的传统木制檐结构，传统工艺需3-4熟练工6小时以上才可完成，并且不包括在木制场对材料的加工时间，而使用3D打印技术，只需一人控制机器便可在2小时内完成。

“3D打印技术原理在于由下至上层层叠加制造，那么对于复杂的情况如横向悬空或多支悬空及倒垂，新的打印技术仍然适用吗？”答案是肯定的，随着3D打印技术实际应用的增加，其技术也日益成熟完善。对于悬空问题，可以采用加护支撑方式。而倒垂则可以使用“减材打印”方式或者甚至采用传统工艺于新兴技术结合再拼接方式。灵活使用3D 打印技术，无论“增材打印”还是“减材打印”，都能充分发挥其特点。

“3D打印房屋”这一设计概念是在2012年10月在3D

打印展上提出，它并非采用固体墙壁制造，而是在骨骼基础上建造纤维尼龙结构，使用足够的塑料来保证结构的完整性。2013年2月，英国伦敦Softkill Design建筑设计工作室首次建立了3D打印房屋概念，这将是房屋建造的革命性改变，目的是为了解决英国的住房危机。

（3D打印纤维尼龙结构）（3D打印玻璃纤维材料）反观国内，近年来也陆续出现了各式各样的3D打印房屋。2014年8月24日，上海张江高新青浦园区的10栋3D 打印房屋完工。这些房屋墙体采用建筑垃圾制成的特殊材料，按照电脑设计的图纸和方案，由一台大型3D打印机层层叠加喷绘制成，10栋房屋仅花费24小时。3D打印的材料是一种经过特殊玻璃纤维强化处理的混凝土，其材料强度和使用年限都大大高于钢筋混凝土。房屋墙体采用空心设计，可以大大减轻建筑自重，并且可在墙体内随意增添保温材料，这种设计一次性解决了结构的承重问题，而3D打印出的房屋整体强度和牢度都符合国家建筑标准。传统房屋的施工工艺往往伴随着扬尘和噪声，一片狼藉的建筑工地则大大加重了城市的污染，随着城市的大兴土木，建筑废料的处理也是近年来日益突出的问题。目前，中国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的1/3以上，而国内3D打印技术的核心就是建筑垃圾再利用，如此可以大大减少城市的废料的污染。

3D打印技术有着突出的优点，当然也存在不足，例如3D打印房屋，虽然其制造周期短但耐热性差，如遇火灾，材料受热软化严重导致刚度下降，而打印出的房屋本身与地基结合不牢，抗震性不如传统房屋。在我看来，凡是新兴技术都可分为“修补技术”和“突破技术”。“修补技术”指在原有技术基础上，为了更好的适应复杂的应用条件而发展的技术。“突破技术”指颠覆传统技术，着眼于未来发展的全新创新型技术。如蒸汽火车和目前普遍使用的电力火车，只是替换了动力，减轻了火车重量，增强了能量的使用效率，适当提升了火车速度，后者就是由前者而产生的“修补技术”。而对应的，磁悬浮技术则是其“突破技术”，可以用极大的能动转换效率，极小的阻力使列车可以拥有小型飞机的行驶速度。目前的建筑由建国初的砖木结构到现在的砖混结构、混凝土框架结构，再到现在的新兴加气混凝土砌块与预制混凝土板，施工在简化，技术在更新，但仍无法根本摆脱传统的施工工艺。“3D打印技术”则是一项全新的“突破技术”，它不仅有省时省料这样的优点，其最大的特点是将实体建筑数字化，通过网络使数据广泛传播，使未来普通人都能完成完整的设计制造，它彻底颠覆了人们对“盖房”这一理念的理解，不仅可以使建筑个性化，更能使房屋像手机、电脑那样大批量的工业生产，在国家政策和法律的支持下，必会使我国住房困难问题大大改善。相信伴随着科技和社会

的发展，3D打印技术会越来越成熟。

参考文献

【1】《3D打印：从想象到现实》

【2】《3D打印：改变世界的新机遇新浪潮》

作者简介：刘娟（1993）女汉族山东省滕州市本科土木工程建工方向.