3D打印技術在建筑設計的應用

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［摘要］近些年來，3d打印技術有了非常迅猛的發展，且在社會生活的很多領域到得到了非常廣泛的應用，其中3D打印技術是基于離散和堆積成型的原理，采用分層打印，逐漸疊加的方式對三維實體進行生成的一種比較先進的制作技術。在很多研究中可以證實，對3D打印技術進行科學合理的運用可以很大程度提高工作效率，用比較低的成本對一些重要部件、實物進行制造和生產，從而形成一些非常復雜、精致的實物結構和造型。本文從建筑設計領域入手，對3D打印技術在建筑設計領域的應用與發展進行探究和分析，以供同行參考和借鑒。

［關鍵詞］3D打印技術；建筑設計；應用與發展

1前言

在建筑領域，與以往的技術相比較3D打印技術操作更加方便、簡單和快捷，這樣就引起很多專業人士的關注，可以應用真實的材料對實體進行快速的建造和成型，因而得到了廣泛應用，具有很好的發展前景。

23D打印技術

所謂3D打印技術就是通過利用物理層進行持續的疊加，應用一些材料進行逐層的增加，這樣就可以生成三維實體，這是一種高新技術。與以往的建筑技術相比較，3D打印有非常明顯的差異，可以根據3D打印步驟將其分成為制造技術。從目前的現狀來看3D打印是先進科學技術發展的趨勢。在具體的應用中可以分為3個步驟：在計算機使用相關軟件設計的時候需要打印模型；通過利用一些成型設備（3D打印機）；利用各種類型材料進行打印，進而就可以將所需要的產品制造出來。對于3D打印技術而言，其具有很高的綜合性、復雜性，既可以把計算機上面的數字建設模型計算與機電控制技術有效的結合在一起，還可以將一些比較先進的信息、材料使用以及化學應用技術等進行應用，因此該技術能夠對其作用進行充分發揮。同時3D打印機是重要的設備，但是其需要進行有效控制，還需要與計算機進行連接，進而把計算機模型轉換成具體實物。此外3D打印技術包括很多種系統，以精度機械、數字控制等系統為主，并且由打印材料、工藝以及模型設計等部分組合而成。

3建筑設計領域中使用3D打印技術的優勢

3.1能夠降低建筑成本

在使用3D打印技術的時候，設計人員只要采用計算機和打印機就可以制造完整的建筑模型，也可以大幅度對勞動力進行減少，大大節約人工方面的成本。在進行模塊定制、對單件進行小批量生產，可以大大降低生產成本和工程的使用時間，也可以起到節約建筑原材料的目的，進而促使建筑施工中成本得到大幅度降低。

3.2能夠對建筑工程的施工工期進行縮短

目前3D打印技術既不對傳統的施工隊伍進行使用，也不使用磚瓦等建筑材料，絕大部分的建筑構件都是在工廠使用打印機進行建設和構造，最后再到施工現場進行組裝，促使建筑生產得到大幅度減少，生產效率得到大大提升。從實踐的效果可以看出，3D打印技術與以往建筑材料相比，速度要快很多，不需要使用模具，還可以起到節約成本的目的，也可以大幅度提高建筑生產效率，促使建筑行業得到很好的發展和轉型。

3.3可以很大程度提高建筑工程的質量

該打印技術的相關產品是沒有縫隙的銜接，具有很強的穩固性和連接強度，將電腦中的程序與數字技術相互結合在一起可以促使建筑數據的精確性得到保證。同時使用堅固的建筑材料可以促使房屋質量得到保證，進一步完善滲漏、開裂等問題。

3.4對建筑危險進行降低

使用3D打印技術能夠促使建筑施工中高空墜落和建筑物出現坍塌的危險系數得到大大降低，也可以為工作人員提供更加安全、穩定的環境。除了以上四個方面的優勢之外還有很多其他的優勢，3D打印技術能夠根據建筑設計人員的設計圖紙對各種具備復雜性、個性化的建筑造型進行打印，并且具備外部美觀、環保等特征。還可以對建筑施工工期進行大幅度縮短，對建筑模型進行很快的造型，也能夠對人口居住問題進行有效解決。

43D打印技術在建筑設計中的應用

4.1在建筑設計中的應用

在進行建筑施工和設計中，其對建筑項目規劃、實施以及驗收等都有非常重要的影響，所以建筑施工的相關人員要對建筑施工設計更加重視，實現創新性建筑設計的目標。3D打印技術在建筑設計方面的應用不但能夠反映各類人群對于建筑設計的需求，還能夠切實地表現出建筑的自身價值。此外，從建筑的整體上分析具有良好的經濟效益，且在建筑施工和設計中3D技術可以開展建筑特殊性設計工作，保證工程計價的方便性，獲得比較客觀的預算，促使人們具有非常直觀的感受，對其進行輔助，并且從根本上對存在的問題進行有效解決，促使建筑施工的質量和安全得到保證。

4.2在建筑施工中的應用

3D打印技術在建筑的施工階段應用，可很好的控制施工誤差，提高施工效率，可通過控制系統控制3D建筑打印設備按照不同的切片方案進行打印，打印精確度可控制到mm級別，在建筑打印過程中可以隨時終止，再次打印時，3D打印系統可實現精確定位之前打印位置。這與傳統的建筑施工工序有很大的區別。比如：在鋼筋的布置方式，可選擇邊打印邊布置，也可打印過程中預留孔洞，打印后布置鋼筋或鋼筋籠，再進行澆筑，最終滿足建筑標準要求。

53D打印技術在建筑設計中的未來發展趨勢

5.1在建筑設計方面

傳統的建筑設計需要考慮的因素較多，尤其會受到施工技術的限制，許多建筑設計理念會由技術限制很難實現。傳統建筑設計以圖紙設計為主，但3D打印技術能夠進行三維模型設計，將傳統圖紙與地理信息、建筑掃描等電子數據進行結合，并以實物形式展現出來，可通過實景建模形式，展現真實三維場景。前期設計模型可經過分割、單體化和比例縮放等步驟制作成等比例三維模型，再利用3D打印技術便可將模型1：1打印出來。3D打印可以靈活處理模型，直接在文件上進行編輯修改，就可實現調整，同時，也可方便實現多色彩打印，甚至可以給模型增加透明、金屬等不同元素。

5.2在建筑材料方面

從目前的發展現狀來看，3D打印技術主要是在陶瓷和黏土等建筑材料的施工上應用，這是是以往建筑材料的不同之處，并且在今后的發展中該技術也會與纖維、化學等為主的材料進行應用，也會對建筑剩下的建筑材料進行分解和重新建設，進而促使材料得到循環利用，對建筑材料的利用率得到提升，建設生產成本。此外與傳統材料相比較3D打印技術中使用的材料物理性能質量更加優，例如：混凝土在3D打印技術的使用下，其原材料會有很大改變，在混凝土中可以加特配的水泥、樹脂等，使其符合3D打印的要求。

5.3在工程造價方面

在以往對工程進行造價管理，主要是根據相關規范和設計圖紙來對工程量進行計算，并且根據市場價格、定額保準對價格進行計算，對費用進行獲取，進而在綜合之后計算出工程的預算價格，這就是工程成本，而設計的調整、變更等，對計價工作有很大影響，一個小的設計調整，都會導致計價工作很大的工作量。而采用三維建模后，可在施工前期充分對建筑施工各階段進行分析，調整、計價也都非常方便，并可分析對比不同施工技術、施工流程對造價的影響。目前，由于我國3D打印技術發展還處于起步階段，結合3D打印的工程計價成本要比傳統計價成本高很多，并且伴隨著愛打印技術的不斷發展，將其與一些數字模型建設、設計以及材料等技術相結合，成本也會不斷降低。此外當3D打印的設備慢慢普及后，施工企業只需購買并對其定期進行維護保養、及時的更新程序，這樣就可以使得成本有很大程度的減少，保證經濟效益的提高。

5.4在功能技術方面

在今后的發展中3D打印技術的發展更加多元化和多樣化，也就是技術的應用不僅僅只是在某一個行業，而是應用到各個行業中，3D打印的設備也會獨立進行設計、施工等過程，為建筑設計提供了更多的設計空間。3D打印的設備也會更加智能化，大大提高制作水平及效率，能夠在不同復雜施工環境中應用。

6結語

綜上所述，在建筑工程中3D打印技術在不斷的實踐和發展，技術也越來越先進和成熟，不僅可以使得建筑施工、設計朝著智能化方向不斷發展，還可大幅度提高建筑施工效率和質量，對一些不好建筑材料減少利用，促使建筑施工更加節約材料和環保，也能夠很大幅度降低施工難度，保證人員安全。

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作者：李嘉 單位：廣州南方建筑設計研究院武漢分院