蒋艳丹

【摘要】3D打印技术对于我们并不陌生，它不仅可以打印小件物品，其在建筑领域的发展我们也有所耳闻。我就将3D打印建筑的发展历程及其优缺点做一些简单的分析。

【关键词】3D打印；建筑；优缺点

一、3D打印技术的概念及发展

3D打印即快速形成技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础的，可以运用多种材料，例如粉末状金属或者塑料或者水泥等可粘合材料，利用通层打印方法来构造物体的技术。

3D打印技术的的一个里程碑是在1986年，Charles Hull率先提出的光固化方法，他创立的公司也在1988年生产出了全世界第一台3D打印机。同年，美国人Scott Crump发明了另外的一种3D打印技术——熔融沉积造。三年后，C.R.Dechard发明了选择性激光烧结法，它的原理是让高强度激光把材料粉末烧结直至成型。在1993年，麻省理工大学教授Sachs发明了三维印刷工艺，把金属、陶瓷这些材料磨成粉末，再喷射粘结将材料逐片成型，最后烧结成最终所需要的产品。这就是3D打印技术的发展过程。

二、3D打印建筑的优劣势

（一）加工传统方法难以加工的零件

在3D打印技术可以打印假肢、汽车、飞机的今天，它还在创造无限的可能。 首先3D打印技术可以加工传统方法难以制造的零件。过去传统的制造方法就是一个毛坯，把不需要的地方切除掉，是多维加工的，或者采用模具，把金属和塑料融化灌进去得到这样的零件，这样对复杂的零部件来说加工起来非常困难。立体打印技术对于复杂零部件而言具有极大的优势，立体打印技术可以打印非常复杂的东西。

（二）3D打印建筑出成果速度快

我们是学建筑学的，除了参与设计建筑之外，还会对建筑的施工建设阶段有一定的了解。建筑的精髓在于设计，那么施工如果能做到完美，那么也可以看作是精华。一栋20层高的楼，快则半年，慢则一年才嫩施工完毕。但是3D打印建筑可以节省一大半的施工时间，因为零部件都是可以打印出来的，后期只要组合即可。

（三）强度比普通混凝土更高

3D打印建筑的墙体看上去就跟用水泥建造出来的一样。与传统建筑的墙体不同的是，3D打印的墙体呈现出年轮蛋糕般的螺纹结构，用手指敲敲墙体，可以听到空空的声音。打印建筑的3D打印机，其原理与小的打印机是一样的。喷口喷射出的油墨呈“Z”字形排列，层层叠加，垒成墙体。浇到“墨水”的地方，砂石材料会在一天内固化。打印出来的建筑从头到尾只是相当于一个个的“零部件”，但是传统建筑是由很多个不同的砖块以及混凝土、砂石以及水泥这些组合而成。因而利用3D技术打印出来的建筑在强度上会比混凝土强度更强。3D打印出来的建筑构件质量轻、强度高，为了加强墙体的牢固度，墙体内都采用了三角形的支撑结构，所以理论上其抗震效果也会更佳。

（四）3D打印出来的建筑成本更低，更环保

现在建造房屋的成本，主要有材料、人工和浪费三部分。而通过3D打印，可以以更低的造价、更快的工期造好房子。平层、两层的建筑，可直接把建筑打印出来，运送到指定位置使用；如果是三层或以上建筑，可以先分开打印建筑的不同部分，然后运送到目的地，在地基上进行组装。原材料多来源于建筑垃圾、工业垃圾等，可以就地取材，通过技术处理、加工、分离，使之成为3D打印建筑“油墨”的原材料，避免了沙子、石子等材料的运输。而且，3D打印建筑不产生任何扬尘，也不产生建筑垃圾。

（五）3D打印的建筑更加自由

在上面我就提到过，打印出的建筑可以组合而成，在某一种程度上，他在设计和打印的时候，出坡了某些限制和约束，可以让设计师在创作思路上有更大的想象和发挥空间，不如任意形状的建筑、自由式的管道铺设等等。

（六）3D打印的建筑更加精美，能与艺术完美融合

3D打印的好处就是可以将计算机中的设计精确转化为实体，甚至直接制造零件或模具，一次成型整体样件。也就是说，可以大大节省把设计转化成模型的时间和金钱。传统的成品模型都是通过机械切割、手工等方式制造，在精度和表现形式上有一定局限性，而使用3D打印机，不管多么复杂的设计模型，只要有相关的三维数据，3D打印机都可以精确地制造出来，而且速度要快很多，更能表现出设计者的艺术形式。

（七）与传统建筑构造业取长补短

由于定制化市场得到激发，一些新的商业模式也随之产生，建筑师可以利用在线定制的方式更活跃地参与到行业设计中，这将给建筑设计带来更大的创意和施展空间。设计师设计的任何复杂的、高难度的、传统制造方式不能生产的产品，利用3D打印都可以轻松地打印出来。但是，传统制造业所擅长的批量化生产，恰恰是3D打印的短板。比较来看，3D打印技术擅长解决个性化、复杂化、高难度的生产技术，而传统制造业则擅长的是批量化和规模化，彼此之间优劣态势正好形成互补关系。

上面这些优点会给建筑行业带来蓬勃的生机，但是就目前情况来看，3D打印建筑并没有得到很好的发展，可能与以下因素有關：

一是技术太过年轻，并不成熟，据统计，3D打印机生产的产品中80%依旧是产品原型，仅有20%是最终产品。虽然3D打印机技术在21世纪初已取得不小的进步，比如材料增多、打印机和原材料价格逐渐下降，但在2012年左右，依旧是一项年轻的技术，在没有变得更加成熟和廉价前，并不会被企业大规模采用。

二是暂缺行业标准，全面推广仍处探索阶段。现在，3D打印建筑要全面推广，面临的主要难题就是缺乏专门的国家标准，因此我们只能把现有的一些标准作为参考进行验收。理论上3D打印建筑可以不需要钢筋，但我国的建筑没有钢筋就无法验收。因此，由于无法现场打印，其成本和效率都会受到一些影响。

三是打印材料受到限制。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3D打印的“油墨”主要是由高标号水泥和玻璃纤维构成。而据我所知，某些国家禁止建筑大量使用玻璃纤维，因为玻璃纤维会影响人体呼吸系统。所以，材料选择也成为一个难题。