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        3D打印技術(shù)對(duì)建筑行業(yè)發(fā)展的影響

        2015-06-02 18:21:56岑立等
        科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào) 2015年12期
        關(guān)鍵詞:建筑行業(yè)設(shè)計(jì)師混凝土

        岑立等

        摘 要:3D打印技術(shù)是近年來(lái)新興的一種技術(shù),自問(wèn)世以來(lái)便受到廣泛的關(guān)注。將3D打印技術(shù)運(yùn)用于建筑行業(yè),既是機(jī)遇又是挑戰(zhàn)。該文介紹了3D打印技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀,綜合分析了其優(yōu)點(diǎn)與不足,以實(shí)例闡述了3D打印技術(shù)應(yīng)用于建筑行業(yè)的可行性及其相較于傳統(tǒng)建筑方式的優(yōu)勢(shì),并進(jìn)而展望了3D打印技術(shù)在建筑行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。若能解決該技術(shù)現(xiàn)存的一些問(wèn)題,并與建筑行業(yè)特性聯(lián)系,充分地與建筑行業(yè)相融合,必將給建筑行業(yè)帶來(lái)巨大的變革,促進(jìn)建筑行業(yè)的發(fā)展。

        關(guān)鍵詞:3D打印 建筑行業(yè) 發(fā)展

        中圖分類號(hào):TU17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-098X(2015)04(c)-0037-01

        1 3D打印技術(shù)簡(jiǎn)介

        3D打?。ㄈS打?。┦且环N以數(shù)字信息化模型為基礎(chǔ),運(yùn)用粉末狀金屬或塑膠等可粘合材料,通過(guò)一系列物理疊成技術(shù)來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。與噴墨打印機(jī)工作原理近同,3D打印機(jī)通過(guò)電腦控制,對(duì)三維模型分成若干薄層加工,疊加這些薄層最終把數(shù)字模型變?yōu)閷?shí)物,其精度隨著薄層厚度的減少而增加。與噴墨打印機(jī)采用的耗材不同,3D打印可采用工程塑料、光敏樹(shù)脂、無(wú)機(jī)粉料、合金類材料等,使用材料范圍更廣。3D打印過(guò)程一般由三維建模、分層切割、打印噴涂和后期處理這四部分組成。

        3D打印技術(shù)早在20世紀(jì)90年代中期就已出現(xiàn)[1],但在該時(shí)期由于落后的技術(shù)與較高的成本影響,這項(xiàng)技術(shù)沒(méi)有得到巨大的發(fā)展和推廣。而隨著時(shí)代的發(fā)展,科技水平不斷提高,3D打印技術(shù)取得了顯著的進(jìn)步。從國(guó)內(nèi)外3D打印技術(shù)領(lǐng)域?qū)@暾?qǐng)量[2]情況可知,國(guó)外3D打印技術(shù)發(fā)展較早,在1993-2003年間處于增長(zhǎng)趨勢(shì),隨后專利數(shù)量減少,處于相對(duì)成熟期;而國(guó)內(nèi)3D打印技術(shù)發(fā)展較慢,前期幾乎沒(méi)有專利數(shù),2000年至今,專利數(shù)量快速增長(zhǎng),表明我國(guó)的3D打印技術(shù)正處于研發(fā)的快速發(fā)展期,極具前景。

        目前,3D打印技術(shù)主要應(yīng)用于產(chǎn)品模型制作、藝術(shù)品加工等精細(xì)化領(lǐng)域[3]。除此之外,在航天工程、醫(yī)學(xué)研究、建筑工業(yè)、服裝服飾等行業(yè)也取得了一定的成果,被譽(yù)為“第三次工業(yè)革命”的工具。但由于3D打印耗材的局限,3D打印機(jī)本身功能及其價(jià)格和可操作性的限制,目前政策、知識(shí)產(chǎn)權(quán)和社會(huì)倫理的不完善等問(wèn)題,致使目前3D打印技術(shù)仍未得到廣泛普及。

        2 3D技術(shù)對(duì)建筑行業(yè)影響

        3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展與完善,為各行各業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展注入了新鮮的血液。其對(duì)建筑行業(yè)的發(fā)展也有著舉足輕重的作用。傳統(tǒng)的建筑模型制造方式已無(wú)法滿足高尖端設(shè)計(jì)的要求,而該技術(shù)在對(duì)微縮模型的還原精確度上具有顯著的優(yōu)勢(shì),全數(shù)字還原不失真的立體展示和風(fēng)洞及相關(guān)測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)如今眾多設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的大型設(shè)置都利用3D打印技術(shù)先期構(gòu)建精確建筑模型來(lái)進(jìn)行效果展示與相關(guān)測(cè)試[4];同時(shí)該技術(shù)解決了傳統(tǒng)模型制作中材料浪費(fèi)、污染嚴(yán)重、以及材料運(yùn)輸不易等問(wèn)題,因而逐漸被設(shè)計(jì)師們接受。

        由于3D打印技術(shù)的優(yōu)勢(shì)被更多國(guó)家的設(shè)計(jì)師認(rèn)可,設(shè)計(jì)師們也在不斷探索3D打印技術(shù)打印整棟建筑的可能性與藝術(shù)性,荷蘭目前已經(jīng)開(kāi)始建設(shè)世界上第一棟全3D打印的建筑,上海的建筑設(shè)計(jì)師近日也采用建筑垃圾與玻璃纖維為材料打印展示性建筑物。3D打印技術(shù)已在建筑行業(yè)開(kāi)辟了一條前所未有的道路,開(kāi)拓了設(shè)計(jì)師們的思維,也將助力建筑行業(yè)的轉(zhuǎn)型發(fā)展。

        在實(shí)際建設(shè)領(lǐng)域,混凝土在生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程中的高能耗、高污染等問(wèn)題逐漸成為制約混凝土材料發(fā)展的一大阻力[5]。2012年,英國(guó)拉夫堡大學(xué)的研究員研發(fā)出新型混凝土3D打印技術(shù),證明了3D打印技術(shù)與傳統(tǒng)建筑材料結(jié)合的可行性,是建筑行業(yè)材料與該技術(shù)接軌的重要標(biāo)志?;炷磷鳛榻ㄖ牧蠈?duì)各項(xiàng)指標(biāo)的要求都頗為嚴(yán)格,在耐久性以及強(qiáng)度方面3D打印技術(shù)仍有許多亟待解決的難題,但該技術(shù)的分層打印、層層印刷的特點(diǎn)在最大程度上節(jié)省了材料,提高了材料利用率,同時(shí)該技術(shù)能做到傳統(tǒng)工藝無(wú)法達(dá)到的精度。該技術(shù)能將計(jì)算機(jī)中的設(shè)計(jì)在相對(duì)短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化為實(shí)體模型,大大縮短了建設(shè)周期,節(jié)約了大量人力、物力。毋庸置疑3D打印技術(shù)的應(yīng)用將為混凝土的可持續(xù)發(fā)展提供一條全新的道路,隨著一線工作勞動(dòng)力的不斷流失,該技術(shù)能直接生產(chǎn)出建筑單體,在建筑施工現(xiàn)場(chǎng)只需要對(duì)單體進(jìn)行簡(jiǎn)單拼接即可完成,降低了施工的難度與風(fēng)險(xiǎn),也是未來(lái)建筑工業(yè)化發(fā)展的必然趨勢(shì)。

        3 結(jié)語(yǔ)

        3D打印是科技發(fā)展的產(chǎn)物,同時(shí)它的發(fā)展推動(dòng)著各個(gè)行業(yè)的革新與進(jìn)步。時(shí)至今日,該技術(shù)已經(jīng)將其應(yīng)用范圍拓展到了各行各業(yè),并還在以迅猛的態(tài)勢(shì)發(fā)展著。其在建筑行業(yè)的應(yīng)用前景也一片大好,將3D打印應(yīng)用至建筑行業(yè)之中,使其精密的特性得到充分發(fā)揮,突破傳統(tǒng)建造模式的限制,材料多樣、環(huán)保的優(yōu)勢(shì)也打破了建材單一的局限。建筑行業(yè)傳統(tǒng)的生產(chǎn)施工方式束縛了設(shè)計(jì)師的思路,3D打印所具備的優(yōu)勢(shì)能夠使很多看似天馬行空的設(shè)計(jì)成為可能,掙脫技術(shù)短板所帶來(lái)的桎梏,最大程度地將設(shè)計(jì)師的思維展現(xiàn)在世人的面前,使更多的靈感和創(chuàng)意將會(huì)成為真實(shí)的產(chǎn)品,為建筑行業(yè)注入更多鮮活與不竭的動(dòng)力。雖然昂貴、耗時(shí)以及打印材料供應(yīng)等問(wèn)題依然制約著3D打印技術(shù)的發(fā)展,不過(guò)就其優(yōu)勢(shì)所帶來(lái)的誘人前景而言,這些缺點(diǎn)確是值得人們?nèi)橹床鴮⑵溲a(bǔ)足。隨著3D打印技術(shù)的不斷推廣,該技術(shù)本身將更加完善且更容易被人們所接受。3D打印技術(shù)有著巨大的市場(chǎng)潛力與行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力,這勢(shì)必會(huì)推動(dòng)建筑行業(yè)的革新,成為引領(lǐng)未來(lái)建筑行業(yè)趨勢(shì)的眾多突破之一。相信不久的將來(lái),3D打印將會(huì)成為建筑行業(yè)的一大利器助力建筑行業(yè)發(fā)展。

        參考文獻(xiàn)

        [1] Walters, P.,Davies, K.3D printing for artists: research and creative practice[J]. Journal of the Norwegian Print Association, 2010(1):12-15.

        [2] 劉紅光,楊倩,劉桂鋒,等.國(guó)內(nèi)外3D打印快速成型技術(shù)的專利情報(bào)分析[J].情報(bào)雜志,2013(6):40-46.

        [3] 王雪瑩.3D打印技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及前景分析[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2012(26):3-5.

        [4] 梁晨光.3D打印技術(shù)縱覽“印”出來(lái)的真實(shí)世界[J].微型計(jì)算機(jī),2008(6):106—109.

        [5] 馬敬畏,蔣正武,蘇宇峰,等.3D打印混凝土技術(shù)的發(fā)展與展望[J].混凝土世界,2014(7):41-46.

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