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摘要：3D 打印技术是建筑领域中诞生的一项新技术，与传统建筑相比而言，3D 打印技术的速度快了 10 倍以上，不需要模具，可以有效节约成本，具有环保、绿色、低碳的特征。本文主要就 3D 打印建筑技术及应用趋势的进行分析。
关键词：3D 打印技术；建筑领域；应用趋势
1 建筑领域内 3D 打印技术使用的优越性
1.1 3D 打印技术可以降低建筑成本
3D 打印技术的使用只需要设计人员通过计算机和打印机就可以完成建筑模型的制造，大大减少了劳动力的使用，节省了人工成本。 模块的定制和单件的小批量生产降低了生产成本和建筑工程的周期， 还可以节省大量的建筑原材料，因此，建筑工程施工的成本大幅下降。
1.2 3D 打印可以缩短建筑工程的工期
3D 打印技术既不使用传统意义上的施工队，也不使用砖瓦等传统的建筑材料，大部分建筑构件可以在工厂进行打印建造，然后再进行 现场的组装，使得建筑工程的生产周期大幅缩减，生产效率大大提高。 实践显示，与传统建筑相比而言，3D 打印技术的速度快了 10 倍以上， 不需要模具，可以有效节约成本，具有环保、绿色、低碳的特征，有 效提高了建筑生产效率，可以促进建筑业的发展与转型。
1.3 3D 打印技术可以提高建筑工程的质量
3D 打印产品属于无缝衔接，具有传统建筑无法比拟的稳固性能和连接强度; 电脑程序和数字技术的参与保证了建筑数据的精确性; 坚固的建筑材料的使用保证了房屋的质量，房屋的渗漏、开裂等问题在 一定程度上得以改善。
1.4 3D 打印技术可以降低建筑工程施工的作业危险
3D 打印技术的使用可以降低建筑施工作业中高空坠落和建筑坍塌的危险，为工人提供了更为安全的工作环境。3D 打印技术在建筑领域内的应用还具有很多其他的优点，例如，3D 打印技术可以根据建筑设计师的图纸打印各种复杂的具有个性化的建筑造型，并且美观环保。 再如，3D 打印技术可以缩短建筑工期，实现建筑模型的快速建筑，能够快捷且低成本地解决人口居住问题。
2 3D 打印建筑技术
2.1 轮廓工艺
“轮廓工艺”是一项通过计算机控制的喷嘴按层挤出材料的建造技术，通过打印出建筑轮廓，并对轮廓内部进行填充来实现房屋建造。 “打印”设备被安装在龙门吊架上，它在横梁上能左右移动，而龙门 吊架可在设定的导轨上前后移动，“打印”设备通过一个能上下移动 的喷嘴挤出半流体的混凝土。将事先设计好的立体模型载入 3D 打印系统，打印机就能按照模型在建筑场地上勾勒出一个整体轮廓，喷嘴 附带的两个泥刀会自动伸出，规整混凝土的形状，接着缓缓地逐层叠 加建筑墙体，而打印机会根据设计模型自动留出门窗的位置。将打印 机和用于运输和就位支承梁的机械臂组合起来，它就能自动安装上支撑梁和天花板，在顶上打印出第 2 层的楼面，直到完成屋顶和外部结构的细节。和传统的建造过程类似，墙体建设完成后安装门窗、添加 电气、管道和通信等基础设施。整个建造过程预计只需 20h 左右 ( 打印速率约为 3min/m2 墙体)，利用“轮廓工艺”就能建造出一幢简单的毛坯房。建造房屋过程中无需使用模板，快硬水泥在浇筑完后可以迅 速实现自我承重。
2.2 D-Shape
不同于“轮廓工艺”直接使用混凝土为打印材料，D-Shape 打印机使用原料主要是砂子。当打印机开始工作时，上千个喷嘴中会同时 喷出砂子和镁基胶。这种特制的胶水会将砂子粘成像岩石一样坚固的固体，并形成特定的形状。打印机从建筑物底部开始，沿着水平轴梁 和 4 个垂直柱往返移动，逐层往上，每打印一层仅形成 5 ～ 10mm 的厚度。
然后只需要按照预先设定的形状一层层喷上这种材料，最终就 可以“打印”一个完整的构筑物或者建筑。打印机操作由计算机操控， 建造完毕后建筑体的质地类似于大理石，这种新型材料由于其坚固的微结晶结构表现出良好的密实度和抗拉强度，不需要内置钢筋进行加固。打印建筑比常规建造方法要快，而且所使用的原料也只有原来的
1/3 ～ 1/2，减少一半的费用，更重要的是几乎不会产生任何废弃物。D-Shape 打印机能够很容易地打印其他建造方式很难实现的高成本曲线建筑。目前，这种打印机已成功地建造出内曲线、分割体、导管和 中空柱等建筑结构。
3 3D 打印建筑的应用趋势
党的十八大以来，国务院推进落实创新、协调、绿色、开放、共 享的发展理念及国家大数据战略、“互联网 +”行动等相关要求，大力推进大数据技术、云计算技术、物联网技术、3D 打印技术、智能化技术，塑造建筑业新业态。3D 打印与BIM 技术，成为建筑业发展战略的重要组成部分，也是建筑业转变发展方式、提质增效、节能减排、 绿色发展的必然要求。积极开展建筑业 3D 打印设备及材料的研究，结合 BIM 技术应用，探索 3D 打印技术运用于建筑部品、构件生产，开展示范应用。基于BIM 技术基础的 3D 打印房子, 当前主要是一层层在工厂打印 , 然后到项目实地组装，未来，发展方向是实现建筑物全过程 3D 整体打印。
由于市场需求叠加政策的双重刺激，中国 3D 打印材料市场规模保持高速增长，相关政策从制定行业发展目标、给予财政补贴、列入 重点领域等方面对 3D 打印材料行业的发展给予支持。据前瞻产业研究院发布的《中国 3D 打印材料行业发展前景预测与投资策略规划报告》统计数据显示，中国 3D 打印材料市场规模由 2012 年的 2.6 亿元增长至 2018 年的 40 亿元，以年均 35% 以上的速度增长，远远高于全球平均水平。2018 年中国 3D 打印市场总规模超过 200 亿元，国内的 3D 打印在建筑工程领域的应用也已经走在了世界的前列。未来要创新开拓 3D 打印建筑与PPP 项目的融合，激发市场活力，充分发挥投资对优化供给结构的关键性作用，促进实现公共服务提质增效目标，增强经济 内生增长动力。
目前，中国正着手推进编制 3D 打印建筑产业相关国家规范标准， 并与国外的进科研力量合作，推进建筑 3D 的规模化、产业化、普及化。2019 年 4 月，全国增材制造标准化技术委员会成立大会召开，同时对接《中国制造 2025》，增材制造（3D 打印）标准化工作全面启动。根据上海盈创科技董事长马义和的乐观估计，以目前最新的3D 打印技术， 对于 25 层的住宅楼，在完成房屋基础的前提下，不到半个月即可完成整栋楼的建筑框架。加上门窗安装、电线管道排设，再由打印机打印出整体的复合地板和全套家具，业主一个多月就可拎包入住。
3D 打印技术拥有广阔的发展前景，英国福斯特建筑事务所 foster 与欧洲航天局合作，已经在探索用月球上现有的材料建造3D 打印建筑， 用机器人打印月球空间站。中国也以其领先全球的 3D 打印建筑技术， 从现有的建筑模型、建筑装饰、构架配件、小型房屋向完整的房屋体系发展；从实验室和学术理论，逐步走入打印 + 装配，再到一次打印一次成型的探索之路。
结语
日前已经有很多创新公司对 3D 打印建筑跃跃欲试，打印简易房及打印构件进行拼装已经实现，但打印真正具有功能建筑体还需要一 段时间，此外打印出来的建筑的安全性、耐久性还有待验证。
参考文献
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