3D打印技术在建筑设计的应用

［摘要］近些年来，3D打印技术有了非常迅猛的发展，且在社会生活的很多领域到得到了非常广泛的应用，其中3D打印技术是基于离散和堆积成型的原理，采用分层打印，逐渐叠加的方式对三维实体进行生成的一种比较先进的制作技术。在很多研究中可以证实，对3D打印技术进行科学合理的运用可以很大程度提高工作效率，用比较低的成本对一些重要部件、实物进行制造和生产，从而形成一些非常复杂、精致的实物结构和造型。本文从建筑设计领域入手，对3D打印技术在建筑设计领域的应用与发展进行探究和分析，以供同行参考和借鉴。

［关键词］3D打印技术；建筑设计；应用与发展

1前言

在建筑领域，与以往的技术相比较3D打印技术操作更加方便、简单和快捷，这样就引起很多专业人士的关注，可以应用真实的材料对实体进行快速的建造和成型，因而得到了广泛应用，具有很好的发展前景。

23D打印技术

所谓3D打印技术就是通过利用物理层进行持续的叠加，应用一些材料进行逐层的增加，这样就可以生成三维实体，这是一种高新技术。与以往的建筑技术相比较，3D打印有非常明显的差异，可以根据3D打印步骤将其分成为制造技术。从目前的现状来看3D打印是先进科学技术发展的趋势。在具体的应用中可以分为3个步骤：在计算机使用相关软件设计的时候需要打印模型；通过利用一些成型设备（3D打印机）；利用各种类型材料进行打印，进而就可以将所需要的产品制造出来。对于3D打印技术而言，其具有很高的综合性、复杂性，既可以把计算机上面的数字建设模型计算与机电控制技术有效的结合在一起，还可以将一些比较先进的信息、材料使用以及化学应用技术等进行应用，因此该技术能够对其作用进行充分发挥。同时3D打印机是重要的设备，但是其需要进行有效控制，还需要与计算机进行连接，进而把计算机模型转换成具体实物。此外3D打印技术包括很多种系统，以精度机械、数字控制等系统为主，并且由打印材料、工艺以及模型设计等部分组合而成。

3建筑设计领域中使用3D打印技术的优势

3.1能够降低建筑成本

在使用3D打印技术的时候，设计人员只要采用计算机和打印机就可以制造完整的建筑模型，也可以大幅度对劳动力进行减少，大大节约人工方面的成本。在进行模块定制、对单件进行小批量生产，可以大大降低生产成本和工程的使用时间，也可以起到节约建筑原材料的目的，进而促使建筑施工中成本得到大幅度降低。

3.2能够对建筑工程的施工工期进行缩短

目前3D打印技术既不对传统的施工队伍进行使用，也不使用砖瓦等建筑材料，绝大部分的建筑构件都是在工厂使用打印机进行建设和构造，最后再到施工现场进行组装，促使建筑生产得到大幅度减少，生产效率得到大大提升。从实践的效果可以看出，3D打印技术与以往建筑材料相比，速度要快很多，不需要使用模具，还可以起到节约成本的目的，也可以大幅度提高建筑生产效率，促使建筑行业得到很好的发展和转型。

3.3可以很大程度提高建筑工程的质量

该打印技术的相关产品是没有缝隙的衔接，具有很强的稳固性和连接强度，将电脑中的程序与数字技术相互结合在一起可以促使建筑数据的精确性得到保证。同时使用坚固的建筑材料可以促使房屋质量得到保证，进一步完善渗漏、开裂等问题。

3.4对建筑危险进行降低

使用3D打印技术能够促使建筑施工中高空坠落和建筑物出现坍塌的危险系数得到大大降低，也可以为工作人员提供更加安全、稳定的环境。除了以上四个方面的优势之外还有很多其他的优势，3D打印技术能够根据建筑设计人员的设计图纸对各种具备复杂性、个性化的建筑造型进行打印，并且具备外部美观、环保等特征。还可以对建筑施工工期进行大幅度缩短，对建筑模型进行很快的造型，也能够对人口居住问题进行有效解决。

43D打印技术在建筑设计中的应用

4.1在建筑设计中的应用

在进行建筑施工和设计中，其对建筑项目规划、实施以及验收等都有非常重要的影响，所以建筑施工的相关人员要对建筑施工设计更加重视，实现创新性建筑设计的目标。3D打印技术在建筑设计方面的应用不但能够反映各类人群对于建筑设计的需求，还能够切实地表现出建筑的自身价值。此外，从建筑的整体上分析具有良好的经济效益，且在建筑施工和设计中3D技术可以开展建筑特殊性设计工作，保证工程计价的方便性，获得比较客观的预算，促使人们具有非常直观的感受，对其进行辅助，并且从根本上对存在的问题进行有效解决，促使建筑施工的质量和安全得到保证。

4.2在建筑施工中的应用

3D打印技术在建筑的施工阶段应用，可很好的控制施工误差，提高施工效率，可通过控制系统控制3D建筑打印设备按照不同的切片方案进行打印，打印精确度可控制到mm级别，在建筑打印过程中可以随时终止，再次打印时，3D打印系统可实现精确定位之前打印位置。这与传统的建筑施工工序有很大的区别。比如：在钢筋的布置方式，可选择边打印边布置，也可打印过程中预留孔洞，打印后布置钢筋或钢筋笼，再进行浇筑，最终满足建筑标准要求。

53D打印技术在建筑设计中的未来发展趋势

5.1在建筑设计方面

传统的建筑设计需要考虑的因素较多，尤其会受到施工技术的限制，许多建筑设计理念会由技术限制很难实现。传统建筑设计以图纸设计为主，但3D打印技术能够进行三维模型设计，将传统图纸与地理信息、建筑扫描等电子数据进行结合，并以实物形式展现出来，可通过实景建模形式，展现真实三维场景。前期设计模型可经过分割、单体化和比例缩放等步骤制作成等比例三维模型，再利用3D打印技术便可将模型1：1打印出来。3D打印可以灵活处理模型，直接在文件上进行编辑修改，就可实现调整，同时，也可方便实现多色彩打印，甚至可以给模型增加透明、金属等不同元素。

5.2在建筑材料方面

从目前的发展现状来看，3D打印技术主要是在陶瓷和黏土等建筑材料的施工上应用，这是是以往建筑材料的不同之处，并且在今后的发展中该技术也会与纤维、化学等为主的材料进行应用，也会对建筑剩下的建筑材料进行分解和重新建设，进而促使材料得到循环利用，对建筑材料的利用率得到提升，建设生产成本。此外与传统材料相比较3D打印技术中使用的材料物理性能质量更加优，例如：混凝土在3D打印技术的使用下，其原材料会有很大改变，在混凝土中可以加特配的水泥、树脂等，使其符合3D打印的要求。

5.3在工程造价方面

在以往对工程进行造价管理，主要是根据相关规范和设计图纸来对工程量进行计算，并且根据市场价格、定额保准对价格进行计算，对费用进行获取，进而在综合之后计算出工程的预算价格，这就是工程成本，而设计的调整、变更等，对计价工作有很大影响，一个小的设计调整，都会导致计价工作很大的工作量。而采用三维建模后，可在施工前期充分对建筑施工各阶段进行分析，调整、计价也都非常方便，并可分析对比不同施工技术、施工流程对造价的影响。目前，由于我国3D打印技术发展还处于起步阶段，结合3D打印的工程计价成本要比传统计价成本高很多，并且伴随着爱打印技术的不断发展，将其与一些数字模型建设、设计以及材料等技术相结合，成本也会不断降低。此外当3D打印的设备慢慢普及后，施工企业只需购买并对其定期进行维护保养、及时的更新程序，这样就可以使得成本有很大程度的减少，保证经济效益的提高。

5.4在功能技术方面

在今后的发展中3D打印技术的发展更加多元化和多样化，也就是技术的应用不仅仅只是在某一个行业，而是应用到各个行业中，3D打印的设备也会独立进行设计、施工等过程，为建筑设计提供了更多的设计空间。3D打印的设备也会更加智能化，大大提高制作水平及效率，能够在不同复杂施工环境中应用。

6结语

综上所述，在建筑工程中3D打印技术在不断的实践和发展，技术也越来越先进和成熟，不仅可以使得建筑施工、设计朝着智能化方向不断发展，还可大幅度提高建筑施工效率和质量，对一些不好建筑材料减少利用，促使建筑施工更加节约材料和环保，也能够很大幅度降低施工难度，保证人员安全。

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作者：李嘉 单位：广州南方建筑设计研究院武汉分院