3D打印建筑的技术简介

3D打印建筑材料介绍，3D打印将给建筑行业带来的革命~

　　3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。那么，用3D打印技术打印的房子是什么样的?实际上，随着技术的成熟，3D打印可能已经成为建筑业的革命性技术。3D打印建筑最大的好处是节能环保、节省材料，接下来小编就为大家整理了一些3D打印建筑材料的相关信息。

　　一、3D打印建筑材料

　　3D打印存在着许多不同的技术。它们的不同之处在于以可用的材料的方式，并以不同层构建创建部件。3D打印常用材料有尼龙玻纤、耐用性尼龙材料、石膏材料、铝材料、钛合金、不锈钢、镀银、镀金、橡胶类材料。



　　二、3D打印原理技术

　　日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品，而所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“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。通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，比如打印一个机器人、打印玩具车，打印各种模型，甚至是食物等等。之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。这项打印技术称为3D立体打印技术。




　　三、3D打印过程
　　1、三维设计
　　英国工程师“打印”出无人飞机三维打印的设计过程是：先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，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文件使用三角面来近似模拟物体的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一种通过扫描产生的三维文件的扫描器，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、切片处理
　　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 系列还有三维 Systems' 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。而用三维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。
　　传统的制造技术如注塑法可以以较低的成本大量制造聚合物产品，而三维打印技术则可以以更快，更有弹性以及更低成本的办法生产数量相对较少的产品。一个桌面尺寸的三维打印机就可以满足设计者或概念开发小组制造模型的需要。




　　3、完成打印
　　三维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：先用当前的三维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。

3D打印（3DP)即快速成型技术的一种，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。

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，是上世纪80年代开始兴起的一种高新制造技术，其以数字模型为基础，运用计算机自动控制技术, 通过逐层打印方式构造三维实体，具有数字化、智能化、机械自动化等特点，而且相较于传统的减材制造，3D打印又称为增材制造。

事实上，3D打印技术在国内已有三十多年的发展历程，期间经历了多个不同的发展阶段：

1、上世纪80年代，3D打印技术首次诞生，引起大众关注；

2、上世纪90年代，3D打印技术在研发应用方面获得初步发展；

3、本世纪初，由于3D打印技术在多方面的市场应用潜力，吸引大量投资、创业者涌入，市场上甚至出现一股3D打印技术热潮，但终究受限于技术研发与行业应用程度，市场遇冷后热潮渐退；

而目前，3D打印正在经历技术上的实质增长期，即不断的技术积累、技术突破与技术应用。这种实质增长最直观的表现，即是3D打印技术近年来更频繁的应用于如医学、制造、建造等行业领域，技术研发与市场应用真正开始融合。

但需要注意的是，实质增长期并非最终的技术成熟期，个案技术示范成果不代表技术具备广泛应用性条件。如此次中建二局打造的“原位3D打印双层示范建筑”，仅是中建股份技术中心和中建二局华南公司联合立项课题《建筑 3D打印技术研究与应用示范》的展示工程，距离3D打印技术真正广泛应用于建筑施工领域，我们还有很长的路要走。

1、3D打印建筑技术的主要优势

作为一项高新制造技术，3D打印建筑技术相较传统建造技术工艺，在资源与成本消耗、建筑施工效率、人力节省、资源环保等方面有着明显技术优势：

1、机械化程度高，施工速度快，降低成本。如此次中建二局应用3D打印技术建造的双层示范建筑，净耗时不到60小时，高机械化3D打印技术能够有效减少建设时长，缩短工期，减少成本。

2、无模板施工, 资源消耗少。相较于传统施工工艺，3D打印建筑无需模板施工，且一次成型，一方面减少资源消耗，一方面避免因返工和因尺寸差别而导致的资源浪费。

3、劳动强度低, 节省人工。3D打印建筑的机械化程度很高，相继常规建筑施工可以减少一半的人工消耗。

4、施工过程安全、清洁。目前，3D打印建筑采用的材料为新型混凝土材料，减少了常规施工中出现的扬尘、施工噪音污染。

5、设计自由, 精确建造。3D打印技术的特点之一即是高机械化精确操作，这为建筑师的设计工作提供了更大的空间与更好的条件，借助CAD软件，通过3D打印，实现各种复杂、创意设计。

2、理性认知3D打印建筑的瓶颈难点

上述技术优势的实现，其前提条件是拥有相对成熟的技术配套措施。如由于3D打印建筑一次成型，无需模板施工，不会因返工和尺寸差别导致资源浪费，那么这客观上就要求3D打印设备具备较高的技术精度；再如节省人工一项，相对于常规施工，3D打印的确降低了对施工人数的要求，但对施工人员的技术能力却有着更高要求。

除此之外，目前3D打印技术在建筑领域的应用瓶颈，主要在于材料与设备两大方面。

材料问题

“材料问题”可谓是影响3D打印技术在建筑市场应用中的关键性问题。同常规建筑施工一样，3D打印建筑的打印材料也主要为混凝土，但不同的是，3D打印建筑所用混凝土材料有着更专业复杂的材料要求。

1、可挤出性：材料能够在输送系统中顺利流动，并能从喷嘴中连续均匀地挤出。

2、可建造性：材料能够形成自支持，即材料可自由堆积成型，有足够的强度去支撑上一层材料，在打印过程中，如果材料的承载力不足则会发生较大的塑性变形，甚至发生塑性坍塌。

3、粘结性与强度性：打印的材料层间要具有足够粘结力，同时，打印材料本身要能够达到较高的强度，特别是早期强度。

这些特点要求，决定了3D打印建筑需要一种全新的混凝土材料，这在客观上需要经历一个“技术研发-技术应用-技术突破-成本降低”的周期过程。就目前而言，市面上的各种3D打印材料明显成本过高，且在安全质量强度方面还有待进一步提高。

设备问题

3D打印建筑技术中，设备因素也是影响其具体市场应用的重要因素。这里主要指打印设备的尺寸、精度、受环境影响程度等。在此次双层打印建筑的具体打印过程中，不难发现3D打印设备的尺寸与具体建筑规模是密切相关的。

未来3D打印技术广泛应用建筑施工领域，所面对的建筑规模必然不会只局限于几米或几十米，这对3D打印设备本身是一个巨大的挑战。如，3D打印设备如何适应更大体量的建造要求？设备尺寸变大，打印精度是否会受影响？设备仪器占地面积变大，受天气、环境因素影响，如何保证正常打印施工？

综上，就目前而言，在进一步解决相应的材料、设备、技术难题前，3D打印技术在建筑施工领域的应用只能停留在部分轻量级的技术试验，一如此次中建二局的双层打印展示办公楼。当然，上述观点绝非否认3D打印建筑技术在环保、施工技术、建筑业发展等方面具有的重要价值与意义（这也是国家在2018年将其列入国家战略发展技术的主要原因），以及目前我国取得的重要技术成果。仅希望相应行业与技术人员，能够理性看待国内3D打印建筑技术发展。

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张家港市15190623861： 什么是3d打印技术(3d打印技术是什么) ？
诺全恩必： 1、3D打印通常通过数字技术材料打印机来实现.2、常用于模具制造、工业设计等领域制作模型,然后逐渐用于一些产品的直接制造.3、已经有用这种技术打印的零件了.4、该技术已应用于珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和建筑(AEC)、汽车、航空航天、牙科和医疗行业、教育、地理信息系统、土木工程、枪械等领域.

张家港市15190623861： 3d打印建筑到底是怎么做到的 - ？
诺全恩必： 3D建筑打印房子并不是直接打印出整体,而是打印出零件后在进行组装.3D打印房屋是2013年2月英国伦敦Softkill Design建筑设计工作室首次建立的一个概念,3D打印房屋需要用尼龙搭扣或者像钮扣一样的扣合件起到固定作用,同时借助传统...

张家港市15190623861： 3d打印技术是什么 - ？
诺全恩必： 3D打印(3D printing),即快速成型技术的一种,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.过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,现正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.

张家港市15190623861： 3D打印建筑的研发背景 - ？
诺全恩必： 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. 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方式实现快速成型的技术.它与普通打印机工作原理基本相同,打印机内装有粉末状金属或塑料等可粘合材料,与电脑连接后,通过一层又一层的多层打印方式,最终把计算机上的蓝图变成实物. 自行车车架、汽车方向盘甚至飞机零件等大物品,需要较大的打印机和更大的放置空间,这一技术如今在多个领域得到应用,人们用它来制造服装、建筑、汽车等.

张家港市15190623861： 3D打印机有哪些优势体现? ？
诺全恩必： 3D打印机优势:环保且成本低.3D打印不仅为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.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.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%,打印至少能使建筑成本降低50%以上,让更多人住得起房子.

张家港市15190623861： 3D打印技术 - ？
诺全恩必： 3D打印技术(英语:3D printing),即快速成形技术的一种,它是一种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.过去其常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型,现正逐渐用于...

张家港市15190623861： 什么叫3D打印? - ？
诺全恩必： 3D打印技术(英语:3D printing),又称积层制造(Additive Manufacturing,AM),也称三维打印技术,指的是通过可以“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不需要机械加工或模具,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.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.

张家港市15190623861： 3d打印建筑什么意思 - ？
诺全恩必： 通俗讲,就像自动制作模具,通过电脑控制水泥浇筑之类的材料直接浇筑房屋.

张家港市15190623861： 3D打印房屋是怎样施工的 - ？
诺全恩必： 过程如下:1、首先按照图纸把房屋需要的构件制作好,然后拉倒场地进行搭建;2、将混凝土通过3D打印技术浇筑到构件内,整个房子一次成型;优点:1、大大节省了人力物力;2、减少了工业垃圾的产生;3、降低的建筑成本.

张家港市15190623861： 3D打印技术的原理是甚么? ？
诺全恩必： 基本原理.“3D打印”是通俗的叫法,学术名称为“快速原型制造”(RapidPrototypingManufacturing),是80年代末90年代初在美国开发兴起的1项高新制造技术.“3D打...