摘要:3D打印是世界性建筑业的革命，打破了建筑行业部件设计完全依靠于生产工艺来实现的状况，使施工工地在生产的时候可以生产任何形状、任何复杂程度的建筑而不用考虑生产工艺问题。由于3D打印不需要复杂的机械加工以及磨具就能直接根据获取的数据打印出所需的建筑物，大大缩短了生产周期，提高了生产效率，同时对绿色环保做出了巨大贡献。
关键词：3D打印；建筑；设计；施工
一、3D打印技术的原理
3D打印技术（英语：3Dprinting），又称积层制造（AdditiveManufacturing，AM），也称三维打印技术，是指通过可以“打印”出真实物体的3D打印机，采用分层加工、迭加成形的方式逐层增加材料来生成3D实体。3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的物体，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率和降低生产成本。
二、33D打印在工程实践中的应用
（一）设计建筑
现阶段的打印技术还属于初级阶段，还有很多问题未找到解决方法，也就借鉴不了成熟的设计理论，这些问题主要就是要确定3D打印承受静定力的计算方法，确定墙面需多厚才能达到相应的载荷，3D打印建筑内部结构受力状况，理定内部载荷承接力公式，以及确定配筋率、抗拉抗压抗震能力等问题。
（二）建筑施工
2014年4月，10幢3D打印建筑在上海张江高新青浦园区内揭开神秘面纱。这些建筑的墙体是用建筑垃圾制成的特殊“油墨”，依据电脑设计的图纸和方案，经一台大型的3D打印机层层叠加喷绘而成，据介绍，10幢小屋的建筑过程仅花费24小时。（如图一）
据悉，打印一层住宅楼的时间仅需1天，然后再花5天时间就能将它们组装完毕，而那幢别墅则从里到外完完全全都是由巨型3D打印机一次性完成的。值得一提的是，这家名为上海盈创（Winsun）的3D打印建筑公司诞生于2002年，专注于将3D打印技术用于传统建筑领域，而该公司在去年就表示已经能在一天之中“打印”10所房屋。
打印以上两座建筑所使用的3D打印机高达6.6米，原理与一般的3D打印机基本相同，不过原料却换成了水泥和玻璃纤维的混合物，而这种特殊的建筑材料还可回收利用，大大减轻了建筑废料造成的环境压力。另外，盈创宣称其3D打印建筑十分安全，就算是建筑高达12层也没有问题。除了中国本土以外，盈创计划将3D打印房屋推向其他20多个国家和地区，不过今年的重点是包括沙特阿拉伯、美国、土耳其等在内的8个主要市场。
图一3D打印别墅
三、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，马义和曾经回答说，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。
四、3D打印技术工艺发展
3D打印建筑的施工过程足打印机根据电脑设计图纸和方案，层层叠加“油暴喷绘相关结构件,再将生成好的构件运送到施工的现场进行吊装、拼建。为了使打印的建筑更加的牢固,在墙与墙之间还可使用钢筋水泥进行二次“打印”灌注。从而使得结构连成一体。
3D打印建筑与传统建筑的不同在于3D打印直接通过计算机辅助设计将获取的图形文件传递给打印机，打印机按照所设定的程序直接将文件中的建筑打印出来。根据建筑成型的原理不同可以将3D打印技术分为：SLA技术、FDM技术、SLS技术和LOM技术。
（一）SLA技术
SLA技术也称为快速成型技术，国外将其称之为RP（RaipidProtoyping）。SLA技术就是被国内学者称为增材制造的3D打印技术，也就是将材料一层一层累加起来的技术。其所有的操作都是在电脑程序控制下进行的，电脑会根据输入的CAD空间模型，通过打印机喷嘴将材料精准堆积，还可以设定堆积的厚度、打印程度以及打印位置，缩短了施工工期，减少了大量的人力物力。
（二）FDM技术
FDM（FusedDeposition）技术国内常称为熔融沉积成型技术，也是最具潜力的3D打印技术之一。FDM技术由Stratasys公司研究设计并运用在一系列高端系统中，例如：FDMMaxum、ProdigyPlus以及Dimension等。FDM技术利用ABS、polycarbonate(PC)、polyphenylsulfone(PPSF)以及其他材料。这些热塑性材料在喷头中熔化为半熔融的细丝，直接从三维CAD数据中以一种沉积在一层堆叠上的方式构建。这种技术通常用于建筑成型、装配构件以及建筑模型设计。此外，FDM技术还应用于制造模型和快速制造等方面。
（三）SLS技术
SLS技术又称为选择性激光烧结，是一种制作金属制品的工艺，由美国德克萨斯大学奥斯汀分校的C.R.Deckard于20世纪80年代末期研制成功。该技术在建筑上应用有着制造简单、施工工期短等优点。现阶段选择性激光烧结技术能使用的材料比其他几种3D打印技术要多，其可使用的材料有蜡、纤维尼龙、合成尼龙等。SLS技术和FDM技术一样不需要支撑就可以进行叠加打印，与其他打印方式不同的是，SLS技术可以和传统建筑业相辅助来完成施工工艺。
五、结语
3D打印房的建筑价值可以通过这样一句话来进行总结，吃进去的是城市垃圾和沙漠，吐出来的是美丽的房子。3D打印建筑的建筑价直具体来讲，体现在绿色环保、节约资源、以及人文情怀，绿色环保表现在它的建造过程中降低了扬尘和污染,并且能够改普城市的空气质量；节约资源体现在建筑垃圾可以再生利用,同时建造的效率高，建筑成本能够节省50%以上，大大的提高了生产效率和节约资源；人文情怀体现在3D建筑具有超前的艺术性和概念性,实现了建筑的私人订制。
参考文献：
[1]马义和,张海滨.3D打印集成建筑技术与应用[J].新建筑,2017(2)：37-40.
[2]肖绪文,田伟,苗冬梅.3D打印技术在建筑领域的应用[J].施工技术,2015,44(10)：79-83.