3D打印建造技术发展与展望（论文）.pdf

建筑技术第46卷第12期2015年12月-1076。ArchitectureTechnologyV01．46No．12Dec．20153D打印建造技术发展与展望杨钱荣1’2，刘巧玲1，王中平1’2，蒋正武1’2(1．同济大学材料科学与工程学院，201804，iX；2．同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室，201804，上海)摘要：介绍国内外3D打印技术在建筑领域中的研究进展，对已有的D．shape技术、轮廓工艺及Concreteprinting三种3D打印建造技术的特点进行评述，指出3D打印技术在建筑领域应用中存在的问题，并展望了3D打印建筑技术未来研究和应用的方向。关键词：3D打印；建造技术；D．Shape技术中图分类号：TU17文献标志码：A文章编号：1000—4726(2015)12—1076—053DPRINTCONSTRUCTIONTECItNOLOGYDEVELOPM[ENTANDPRoSPECTSYANGQian．rongu，LIUQiao．1in91，WANGZhong-pin91’，JIANGZheng-wul’2(1．SchoolofMaterialsScienceandEngineering，TongjiUniversity,201804，Shanghai，China；2．KeyLaboratoryofAdvancedCivilEngineeringMaterialsofEducationMinistry,TongjiUniversity,201804，Shanghai，China)Abstract：Researchprogressof3Dprintingtechnologyinthefieldofconstructionathomeandabroadwasintroduced．ThecharacteristicsanddisadvantagesofD—shapetechnology，ContourCraftingandConcretePrintingofthree3Dprintconstructiontechnologywerereviewed，andtheexistingproblemsof3Dprintingtechnologyintheconstructionfieldofapplicationproblemsweredefined．Theprospectsoffutureresearchin3Dprintconstructiontechnologyanditsfutureapplicationsweresuggested．Keywords：3Dprint；constructiontechnology；D-shapetechnology3D打印技术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，通过逐层打印方式来构造物体的技术。3D打印的本质是制造过程而不是打印过程，是通过连续的物理层叠加，逐层增加材料来生成三维实体的技术。它与传统的去除材料加工技术不同，因此又称为添加制造(AM，AdditiveManufacturing)¨】。作为一种综合性应用技术，3D打印综合了数字建模技术、信息技术、机电控制技术、材料科学与化学等多方面的前沿技术知识。与传统制造方式相比，3D打印技术具有明显优势，它无需设计模具，不必引进生产流水线，制作速度陕，单个实物制作费用低，可进行个}生化生产，制造复杂模型，还可大量节省原材料，是制造业发展的新趋势。目前3D打印技术主要被应用于产品原型、模具制造及艺术创作、珠宝制作等领域。在生物工程与医学、建筑、航空航天、服装等领域，3D打印技术的引入也为创新开拓了广阔的空间[2-3]，现在3D打印技术已可用于房屋建造。3D打印建筑技术的基本原理是利用3D打印技收稿日期：2015—09一Ol基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金作者简介：杨钱荣(1965一)，男，江苏南通人，副研究员．博士e—mail：gryang@tongji．edu．cn．术建造房屋，与其他3D打印不同的是，它需要一个巨型的三维打印机械，并且打印机械使用的原材料是水泥砂浆或混凝土材料，通过与计算机连接，就能直接将计算机图形数据中生成的设计蓝图变成实物【4】。与传统建筑技术相比，3D打印建筑技术的优势体现在：速度快——可比传统建筑技术快lo倍以上；能将各种单一原材料融合在一起，形成性能更加优良的新材料；可制造出传统方式很难建造的复杂多样化建筑，且无需使用模板，降低了建筑成本；不需数量庞大的工人，降低了施工安全风险；减少废弃副产品，可有效利用混凝土建筑材料，减少水泥需求量，大幅度提高建筑物服役寿命，减少建筑垃圾，具有低碳、绿色、环保的特点。1国外3D打印建造技术研究进展第一次使用水泥基材料制造建筑组件的是Pegna【5】。目前，应用于建筑领域制造大组件材料的主要有三种添加制造工艺，即D．Shape(Monolite)技术，轮廓工艺(CC，ContourCrafting)，3D打印混凝土技术(ConcretePrinting)。1．1D—Shape技术意大利建筑师和设计师EnricoDinide等设计了世界上首台通过计算机引导的3D打印施工方法，即万方数据 2015年12月杨钱荣，等：3D打印建造技术发展与展望·1077·D．Shape(D型自动化建造系统)。在工伍뙠Ŏ଀D型打印机沿着水平轴梁和4个垂直柱往返移动，打印机喷头每打印一层可形成5～10mm的厚度。D型打印机通过数百个小的挤出头将建筑材料放置在设计位置，然后打印头挤出的镁质黏合物胶结建筑材料，通过一层层地黏合物和建筑材料结合，最终形成石质建筑物，即可形成打印构件嘲。D—Shape打印所用材料是沙粒或石头粉末，打印出来的作品像大理石一样光滑坚硬。这一技术已经被用于建造1．6m高的称为“Radiolaria”建筑作品(图1)。图1采用D·ShapefJ‘印出的结构D．Shape技术的优点在于其建造价格低廉，可较好地控制产品质量，能通过扫描技术定制修补缺损构件，且打印的构件光滑坚硬。但也存在打印过程缓慢，需建很大的平台支撑打印，移除未使用材料工程量大，打印尺寸受支撑平台限制等缺点。1．2轮廓工艺南加利福尼亚大