建筑3d打印技术(建筑3d打印技术的发展现状)

更新时间:2023-02-28 19:02:58 阅读：评论：0

3D打印建筑的技术简介

美国南加州大学工业与系统工程教授比洛克·霍什内维斯一直在研究一种新工艺。这种新工艺使打印技术在不到20小时的时间内建造一幢面积2500平方英尺的建筑。该项目获得美国宇航局和美国军方的支持和资助。霍什内维斯相信他的项目可以帮助全大约10亿世界急需改善住房条件的人提供足够住房。他把该工艺称为“轮廊工艺”，并且很希望在将来某天看到成为现实。
“轮廊工艺“的概念在设计上很简单，但是实施起来相当复杂。该工艺由一个巨型的三维挤出机械构成。它的操作很像我们见到的打印机操作原理，不过有一个明显不同的地方：它挤出是混凝土。
在“轮廊工艺”系统的挤压头上使用齿轮传动装置来为房屋创建基础和墙壁。它的原理跟使用泥造砖极戎相似，建成的建筑能够抵挡地震和其他自然灾害。霍什内维斯称使用该工艺不仅造价便宜、快速建造，而且对环境友好，建设造价和材料大幅度降低。
随着3D打印技术的完善，越来越多的物品都可以由3D打印完成。截至2013年1月，这些3D打印而成的产品都是小件物体。不过，3D打印的潜力远不止可以生产DIY的家居物品这么简单。实际上，这项技术甚至可以彻底颠覆传统的建筑行业。2013年1月，一位荷兰的建筑师就表示他要用3D打印技术建造一栋建筑。
24小时打印10间房
据《北京青年报》21日称，此次打印出的房子不大，最高不过两层，面积也就十来个平方，墙体呈现出年轮蛋糕的结构，由一层层水泥材料堆叠而成，每层大约2厘米高。
与众不同的墙体，其实是用一种特殊的“油墨”，根据电脑设计图纸和方案，在现场层层叠加“喷绘”而成。至于打印过程中的玄机，这项技术的发明者，上海盈创装饰集团的董事长马义和说，这是他们眼下的最高机密。不过从拍摄的打印现场视频片段可以看到，一只巨大喷头像奶油裱花一样源源不断喷出灰色油墨，油墨呈“Z”字形排列，层层叠加，很快便砌起了一面高墙。
之后，墙与墙之间还可像搭积木一样垒起来，再用钢筋水泥进行二次“打印”灌注，连成一体。马义和介绍，整个打印过程，只需要一张图纸、一台电脑、就地取材制造的足够“油墨”，就可以在24小时内打印出10幢200平方米建筑。
打印机底面积堪比篮球场
打印一张A4纸的打印机，体积已经不小，要打印一幢房子，该要一台多大的打印机？上海盈创装饰集团称，高6.6米、宽10米、长32米的打印机，底面占地面积足有一个篮球场那么大，高度足有三层楼高。且打印机长度还可以延伸，完全拉开足有150米长。马义和前几年对它完成了设计研发，然后全球定制零部件，最终在苏州工厂组装而成。这次现身青浦的3D打印房屋，就是在苏州打印好后搬运到上海的。
“用3D打印机来造房，是世界各国建筑师的梦想。此前，俄罗斯曾发布一幢3D打印建筑，但他们的原理是打印一个个像乐高积木一样的配件，然后通过组装做成建筑的墙体；荷兰打印了一个景观房建筑叫莫比乌斯环，是通过用沙子和黏合剂的方式打印若干个模块进行组装，最终，也没有打印出完整的房子。而有了这台打印机，就可以就地取材，制造打印‘油墨’，打出整栋房子。”马义和称。
“油墨”取材于建筑垃圾
在大多数人概念中，油墨肯定是液体的，“水”怎么造房子，能住人吗？马义和表示，“油墨”是一种经过特殊玻璃纤维强化处理的混凝土材料，其强度和使用年限大大高于钢筋混凝土。“空心墙体不但大大减轻了建筑本身重量，还可以随意填充保温材料，并可任意设计墙体结构，一次性解决墙体的承重结构问题，因此无论是桥梁、简易工房、剧院，还是宾馆和居民住宅，其建筑体的强度和牢度都符合且高于国家建筑行业标准。”而“油墨”挤出后会很快凝固，保证打印机能连续打印。
马义和说，“如果是整栋25层的住宅楼，只要打好地基，仅十天半月即可完成整栋楼的建筑框架。之后安装好门窗，排好各类电线管道，再由打印机打印出整体的复合地板和家具，业主一个多月就可拎包入住” ；“现在，你看中了外滩的哪栋建筑，或者喜欢全球哪套品牌家具，只要用照相机拍下来，将设计图纸输入电脑，很快就可拷贝不走样地打印出来。”
3D打印优势：环保且成本低
打印建筑牢度怎样，能用多少年？如果在将来推出3D打印住宅，有人会买吗？
面对这些疑问，马义和回答说，在他眼里，3D打印不仅是一种全新的建筑方式，更是一种颠覆传统的建筑模式。它更加坚固耐用、保护环境、高效、节能，不仅解放人力，还能大大降低建造成本。据他介绍，3D打印最大亮点就是把建筑垃圾再利用，同时让新建建筑不会产出新的建筑垃圾。“今后建筑工地不会再是一片狼藉，城市空气质量也会得到改善。”
与传统建筑行业相比，3D打印的建筑不但建材质量可靠，还可节约建筑材料30%-60%、缩短工期50%-70%、减少人工50%-80%……据他测算，打印至少能使建筑成本降低50%以上，让更多人住得起房子。不过，新型“油墨”打印的建筑，其刚度、强度和耐久性等综合性能还待进一步验证。
建筑专家质疑原材料
创新值得肯定，但3D打印住宅还有很长的路要走。
因青浦打印建筑的亮相，这一周来马义和成为建筑业内的关注热点。而他的下一步计划，将在全国寻找合作方，在全国间隔300公里范围内建100家梦工厂，今后就地取材，就地制造油墨，就地打印。　　不过，对于如此大手笔的规划，似乎也有人表示了担忧。有专家表示，虽然在理论上运转良好，但当规模变大后，可能会突然失效。在很长的时间里，3D打印房屋可能只会用在一些临时建筑上。
同济大学建筑系教授来增祥同样表示，3D打印在建筑新材料开拓和建筑工艺上的创新探索值得称赞，不过3D打印房屋要真正普及，恐怕还需斟酌。比如该3D打印“油墨”的构成主要是高标号水泥和玻璃纤维。而据他所知，某些国家禁止建筑物大量使用玻璃纤维，因为玻璃纤维会影响人体呼吸系统。高强度水泥未来的回收也有困难，目前我国高层住宅普遍使用的是钢筋混凝土或全钢结构，其中钢铁可以回收，因此传统建筑材料在未来的一段时期内依旧有很大优势。　　此外，建筑不光有外在的形态，特别是人居住宅，更需要对内部结构、综合强度、刚度、防火性、使用年限等多方面进行综合考量。来增祥认为“油墨”的承载力强度、耐久性等各项指标是否符合标准，还有待专家和有关部门的权威检测和认证。

3D打印技术主要应用于哪些地方？

3d打印的应用领域主要有：建筑设计：在建筑业里，工程师和设计师们已经接受了用3D打印机打印的建筑模型，这种方法快速、成本低、环保，同时制作精美。完全合乎设计者的要求，同时又能节省大量材料。制造业：制造业也需要很多3D打印产品，3D打印无论是在成本、速度和精确度上都要比传统制造好很多。而3D打印技术本身非常适合大规模生产，所以制造业利用3D技术能带来很多好处。食品产业：研究人员已经开始尝试打印巧克力了，可以做出各种不同的造型。工业：大型的工业企业已经开始用3D技术打印金属粉末，激光成型。珠宝业：目前3D打印技术已经应用于珠宝行业，可以制造各种样式的珠宝。3D打印技术及应用课程是西北工业大学于2017年3月15日首次在中国大学MOOC开设的慕课课程、国家精品在线开放课程。该课程授课教师是汪焰恩。据2021年3月中国大学MOOC官网显示，该课程已开课7次3D打印技术及应用课程共5章，内容包括3D打印技术的历史沿革及其与增材制造的关系、各类3D打印技术的制造工艺原理、3D打印技术的增材制造前处理技术与原理、3D打印技术的后处理技术、3D打印各个领域的应用。[1]3D打印技术及应用课程共5章，第1章3D打印技术的历史沿革及其与增材制造的关系，内容包括3D打印工艺的分类、3D打印的特点等；第2章各类3D打印技术的制造工艺原理，内容包括LOM 3D打印技术原理及装备技术、FDM 3D打印技术原理及装备技术等；第3章3D打印技术的增材制造前处理技术与原理，内容包括Solidworks基本功能介绍、以水杯为例模型设计等；第4章3D打印技术的后处理技术，内容包括各类3D打印技术后处理关键技术、各类3D打印演示等；第5章3D打印各个领域的应用，内容包括3D打印技术在建筑、医疗、航空航天领域的应用等

3d打印技术是什么

3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。这打印技术称为3D立体打印技术。

“3D打印”其实不像听起来那么神秘，就是应用计算机软件设计或实物三维扫描，把获取的数据导入特定的快速成型设备（俗称3D打印机），通过添加式构造法逐层“打印”出产品。这个过程其实就是将实际物体沿某一坐标轴进行分层处理，将三维物体进行虚拟化的切片，得到无数个二维界面，由此形成每层截面的二维数据。然后再按照特定成形方法和技术每次只加工一个截面，并将多个截面自动叠加，这一过程反复进行，直到所有的截面加工完毕生成3D实体原型。

打个比方，3D打印就像盖房子，一层层往上垒“砖”砌“墙”，只不过用的不是方砖水泥，而是工程塑料、粉末、尼龙、光敏树脂，甚至是金属、陶瓷等不同材料。3D打印技术目前应用领域非常广泛，包括文物复制、医疗器械、建筑、教育、航空航天、文化创意等。该技术代表了未来制造业向信息化、智能化发展的方向。

扩展资料：

北京工业设计促进中心负责人表示，3D打印技术是制造方式和手段的革命化创新，代表着未来制造业信息化、智能化的发展方向，也会使生活更丰富多彩。目前，3D打印较多用于机械制造业领域设计的验证阶段，可大大节省工业样品制作时间，缩短研发周期，降低以往在设计验证中因开模具所耗费的时间和资金成本。

3D打印技术的前景无疑令人神往，或许在不久的将来，我们的电脑显示器可以在几小时内被“打印”出来；飞机机翼坏了可以利用3D打印技术再制造一个；在医疗领域，可以“打印”器官挽救生命??美国南加州大学教授比洛克·霍什内维斯甚至说，给他两年就可以打印出一幢房子。

参考资料：百度百科-3D打印

参考资料：人民网-3D打印：颠覆传统制造的革命

什么是3D打印技术？

3D打印（3DP）即快速成型技术的一种，又称增材制造，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。

3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。

该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

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3D打印技术原理分析

1、三维设计

3D打印的设计过程是：先通过计算机辅助设计（CAD）或计算机动画建模软件建模，再将建成的三维模型“分割”成逐层的截面，从而指导打印机逐层打印。

设计软件和打印机之间协作的标准文件格式是STL文件格式。一个STL文件使用三角面来大致模拟物体的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一种通过扫描来产生三维文件的扫描器，其生成的VRML或者WRL文件经常被用作全彩打印的输入文件。

2、打印过程

打印机通过读取文件中的横截面信息，用液体状、粉状或片状的材料将这些截面逐层地打印出来，再将各层截面以各种方式粘合起来从而制造出一个实体。这种技术的特点在于其几乎可以造出任何形状的物品。

打印机打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米来计算的。一般的厚度为100微米，即0.1毫米，也有部分打印机如ObjetConnex系列还有3DSystems‘ProJet系列可以打印出16微米薄的一层。而平面方向则可以打印出跟激光打印机相近的分辨率。

打印出来的“墨水滴”的直径通常为50到100个微米。用传统方法制造出一个模型通常需要数小时到数天，根据模型的尺寸以及复杂程度而定。而用3D打印的技术则可以将时间缩短为数个小时，当然其是由打印机的性能以及模型的尺寸和复杂程度而定的。

3、完成

目前3D打印机的分辨率对大多数应用来说已经足够（在弯曲的表面可能会比较粗糙，像图像上的锯齿一样），要获得更高分辨率的物品可以通过如下方法：先用当前的3D打印机打出稍大一点的物体，再稍微经过表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。

有些技术可以同时使用多种材料进行打印。有些技术在打印的过程中还会用到支撑物，比如在打印出一些有倒挂状的物体时就需要用到一些易于除去的东西（如可溶的东西）作为支撑物。

参考资料来源：百度百科-3D打印