本书用通俗的语言为读者系统地介绍了3D 打印建筑的基础知识。全书共分11 章,包括:3D 打印技术与3D 打印建筑的基础知识;3D 打印和 3D 打印建筑中的成型技术;3D 打印建筑与打印建筑的材料;3D 建筑打印机;3D 建筑打印机的软件及软件配置技术;3D 模型设计与建模工具;3D 打印建筑技术中的三维反求工程;BIM 与 3D 打印建筑;建筑模具的制造;3D 打印建筑技术在装配式建筑中的应用;3D 打印建筑面临的问题和挑战等。 本书可作为建筑类院校电气工程与自动化、建筑电气与智能化、自动化、建筑工程技术、工程管理、建筑类相关专业的本科生、研究生的3D 打印建筑技术教材,也可以作为建筑行业设计、施工和管理人员学习3D 打印建筑技术的参考书。
目录前言第 1 章 3D 打印技术与 3D 打印建筑的基础知识11.1 概述1 1.2 3D 打印技术 1 1.3 增材制造过程中的 CAD 数字模型和精细控制2 1.3.1 增材制造过程中的 CAD 数字模型 2 1.3.2 增材制造过程中的精细控制 3 1.4 3D 打印的应用领域和优势 4 1.4.1 3D 打印的应用领域 4 1.4.2 3D 打印的优势 5 1.5 3D 打印中使用的打印原材料 6 1.5.1 ABS 树脂 6 1.5.2 聚乳酸 7 1.5.3 聚乙烯醇 8 1.5.4 3D 打印塑料 8 1.5.5 光敏树脂 9 1.5.6 Laywoo - D3 材料 9 1.5.7 聚碳酸酯 10 1.5.8 大理石粉 11 1.5.9 金属材料的 3D 打印 11 1.5.10 材料的选择 13 1.6 3D 打印建筑使用的打印材料 13 1.6.1 建筑模型的 3D 打印材料 13 1.6.2 3D 打印建筑的基础 14 第 2 章 3D 打印和 3D 打印建筑中的成型技术182.1 3D 打印技术与离散 - 堆叠成型 18 2.2 光敏树脂固化成型技术 18 2.2.1 光敏树脂固化成型的原理 18 2.2.2 光敏树脂固化成型工艺的优缺点 19 2.3 熔融沉积成型 20 2.3.1 熔融沉积成型原理 20
2.3.2 熔融沉积成型使用的材料 21 2.3.3 熔融沉积成型技术的优缺点 22 2.4 选择性激光烧结成型技术 22 2.4.1 选择性激光烧结成型的工艺过程 22 2.4.2 选择性激光烧结成型使用的材料 24 2.4.3 金属粉末烧结成型中的一些工艺措施和改进方法 25 2.4.4 选择性激光烧结工艺的特点 25 2.4.5 选择性激光烧结 3D 打印机的硬件 25 2.5 三维打印成型 26 2.5.1 三维打印成型的原理和工艺特点 26 2.5.2 3DP 技术的应用实例 28 2.5.3 熔融材料喷墨三维打印成型 28 2.6 激光近净成型 29 2.6.1 激光近净成型的原理 29 2.6.2 激光近净成型的工艺特点 30 2.7 电子束熔丝沉积成型和 3D 打印成型技术分类 30 2.7.1 电子束熔丝沉积成型 30 2.7.2 3D 打印成型技术分类 31 第 3 章 3D 打印建筑与打印建筑的材料333.1 3D 打印建筑在国内外的发展及应用现状 33 3.1.1 3D 打印建筑的起源与国外的应用情况 33 3.1.2 3D 打印建筑在国内的发展和应用现状 36 3.2 3D 打印建筑技术 41 3.2.1 3D 打印建筑的内容 41 3.2.2 3D 打印建筑设备及原理 41 3.2.3 打印头喷嘴的位置控制方式和喷头的流量控制 46 3.3 打印建筑的材料 49 3.3.1 打印建筑使用材料的要求 49 3.3.2 几种新开发的 3D 建筑打印材料 51 3.3.3 再造石材料 52 3.3.4 混凝土材料 53 3.3.5 砂石材料543.3.6 玻璃材料 55 3.4 使用混凝土打印建筑 56 3.4.1 美国、荷兰的 3D 打印混凝土建筑项目 56 3.4.2 使用 3D 打印混凝土打印房屋 57 3.4.3 搭积木建造的装配式建筑 61 3.5 3D 建筑打印机结构的多样性 62
3.5.1 框架式结构 63 3.5.2 吊车臂式结构 63 3.6 3D 打印建筑低碳环保 65 3.6.1 3D 打印建筑不产生扬尘和建筑垃圾 65 3.6.2 3D 打印建筑的节能和抗震 66 3.7 3D 打印建筑的安全性 66 3.7.1 3D 打印建造房屋的安全性 66 3.7.2 对传统建造房屋的替代 67 第 4 章 3D 建筑打印机694.1 3D 建筑打印机的原理及应用 69 4.1.1 3D 建筑打印机主要工作原理和成型工艺 69 4.1.2 与 3D 建筑打印机成型工艺相近的其他 3D 打印机 70 4.2 熔融沉积成型 3D 打印机的硬件组成、结构与工作原理 72 4.2.1 熔融沉积成型 3D 打印机的硬件组成 72 4.2.2 熔融沉积成型 3D 打印机的结构与工作原理 80 4.3 3D 建筑打印机的结构和工作原理 83 4.3.1 3D 建筑打印机的定义及分类 83 4.3.2 3D 建筑打印机与 FDM 3D 打印机成型工艺的差异 84 4.3.3 3D 建筑打印机的结构及打印工艺 85 4.3.4 打印建造小型房屋的案例 92 4.4 喷涂型 3D 建筑打印机 94 4.4.1 什么是喷涂型 3D 建筑打印机 94 4.4.2 喷涂型 3D 建筑打印机的技术基础 94 4.5 小型 3D 建筑打印机的打印头喷口流量控制方法 100 4.5.1 小型 3D 建筑打印机的打印头喷口流量控制方案 100 4.5.2 简化结构与控制方式 101 第 5 章 3D 建筑打印机的软件及软件配置技术1035.1 3D 打印机使用软件类型 103 5.1.1 3D 打印的关键步骤 103 5.1.2 操作 3D 打印机必须使用的三类软件 104 5.2 上位机控制软件 Repetier - Host 和 Pronterface 105 5.2.1 上位机控制软件 Repetier - Host 105 5.2.2 上位机控制软件 Pronterface107 5.3 切片软件 Slic3r 及设置 109 5.3.1 Slic3r 简介 109 5.3.2 Slic3r 软件的主界面介绍 110 5.3.3 Slic3r 软件设置 110
5.4 Cura 切片软件的使用及设置 114 5.4.1 Cura 软件的安装 114 5.4.2 参数的中文释义 115 5.4.3 载入模型后的操作 115 5.4.4 切片前期配置 116 5.4.5 切片设置(基础) 116 5.5 主控板固件的设置 117 5.5.1 固件和 G 代码命令 117 5.5.2 常用的主控板固件及特点 119 5.5.3 Marlin 固件的设置 120 5.6 3D 建筑打印机的软件及软件开发 128 5.6.1 将 3D 打印机的软件技术应用于 3D 建筑打印机 129 5.6.2 3D 建筑打印机使用软件及其配置 129 5.6.3 3D 建筑打印机软件技术的开发 132 第 6 章 3D 模型设计与建模工具1336.1 3D 打印建模和常用的 3D 建模软件 133 6.1.1 3D 打印建模 133 6.1.2 常用的 3D 建模软件应用及注意事项 134 6.2 3ds Max 软件建模基础 135 6.2.1 3ds Max 中的基本几何体和扩展几何体 135 6.2.2 一个基本几何体建模举例 136 6.3 犀牛软件建模基础138 6.3.1 犀牛软件的功能 138 6.3.2 犀牛软件的界面及部分工具 138 6.3.3 犀牛软件简单建模举例 141 6.4 结构设计软件 SolidWorks 建模 143 6.4.1 SolidWorks 软件简介和建模基础知识 144 6.4.2 SolidWorks 建模的基础知识 144 6.5 用 Tinkercad 创建三维模型 149 6.5.1 Tinkercad 软件基本情况150 6.5.2 Tinkercad 软件操作151 6.5.3 新版本的 Tinkercad156 第 7 章 3D 打印建筑技术中的三维反求工程1597.1 三维反求工程的原理和应用159 7.1.1 三维反求工程的概念和原理 159 7.1.2 三维反求工程的应用 161 7.2 三维反求工程中的数据采集165
7.2.1 接触式和非接触式测量 165 7.2.2 三坐标测量仪法 166 7.2.3 使用三维激光扫描仪的数据采集 167 7.2.4 对古建筑和古人类遗址进行三维数据建档 171 7.3 反求工程中的数据处理技术173 7.3.1 反求工程中的数据处理 173 7.3.2 建筑物及构件反求建模的数据处理和加工精度检查 175 7.3.3 数字城市建设中的数据处理技术 176 7.4 使用 123D Catch 的反求建模177 7.4.1 123D Catch 的注册 177 7.4.2 123D Catch 的工作过程 179 第 8 章 BIM 与 3D 打印建筑1808.1 BIM 技术及其在建筑业中的应用 180 8.1.1 BIM 技术 180 8.1.2 使用 BIM 技术进行碰撞检测 181 8.1.3 BIM 模型的架构 185 8.1.4 BIM 技术在设施全生命周期的应用 186 8.1.5 BIM 技术的应用 187 8.2 BIM 与 3D 打印建筑的结合及其在 3D 打印建筑中的应用188 8.2.1 3D 打印建筑与 BIM 的结合188 8.2.2 BIM 与广义的 3D 打印建筑189 8.2.3 BIM 技术在 3D 打印建筑中的预制构件装配中的应用191 8.2.4 三维管线综合协调 191 8.2.5 采用钢结构的 3D 打印建筑中 BIM 的应用 192 8.3 BIM 应用软件 192 8.3.1 BIM 应用软件的格式、兼容性和 BIM 服务器192 8.3.2 BlM 应用的相关软件 193 8.3.3 BIM 应用中借助 3D 扫描技术对建筑工程进行记录、检验和阶段验收 196 8.4 BIM 应用举例 196 8.4.1 117 大厦的 BIM 应用概述 196 8.4.2 BIM 集成应用为项目建设带来的成果 198 8.5 BIM 在 3D 打印建筑中的应用 198 8.5.1 3D 打印建筑中 BIM 应用特点和内容198 8.5.2 三维管线综合协调和碰撞检测与软件使用 199 8.5.3 3D 打印建筑中 BIM 模型在线应用方式和 BIM 软件使用 199 第 9 章 建筑模具的制造 201 9.1 生产建筑预制构件的模具201
9.1.1 生产较大型混凝土建筑预制构件的模具 201 9.1.2 使用 3D 打印建造模具生产装饰性建筑模块及构件 203 9.2 3D 打印建造建筑模块及构件模具的优势与构件模具 207 9.2.1 3D 打印建造建筑模块及构件模具的优势207 9.2.2 3D 打印快速建造建筑模块及构件模具 207 9.3 3D 打印生产模具与传统模具制造技术的互补 209 9.3.1 3D 打印生产模具的现状 209 9.3.2 3D 打印模具与传统模具生产的互补 209 第 10 章 3D 打印建筑技术在装配式建筑中的应用21110.1 装配式建筑和模块化建筑 211 10.1.1 预制装配式建筑 211 10.1.2 模块化建筑 216 10.2 3D 打印建筑技术与钢结构建筑218 10.2.1 钢结构建筑的优势 218 10.2.2 常用钢结构建筑的结构体系 218 10.2.3 3D 打印建筑和钢结构建筑的结合 220 10.3 3D 打印建筑技术与模块化建房221 10.3.1 模块化建筑与 3D 打印建筑的关系221 10.3.2 模块化建筑技术与 3D 打印建筑技术的结合222 10.4 3D 打印建筑技术在装配式建筑中的深入应用及规范标准 223 10.4.1 装配式建筑的发展与标准 224 10.4.2 钢承重柱间的填充墙体打印 224 10.4.3 带保温层的打印墙体 225 10.4.4 有保温层的配筋墙体打印 226 10.4.5 喷涂型 3D 建筑打印机打印墙体227 10.4.6 没有保温层的墙体打印建造 227 10.4.7 3D 打印的内外装一体墙 228 10.4.8 各种功能装饰性构件和功能构件的打印建造228 10.4.9 3D 打印建筑的柱、梁等承重部件 229 10.4.10 设计和验收规范 229 10.4.11 3D 打印工艺与现浇及预制的结合 230 第 11 章 3D 打印建筑面临的问题和挑战23111.1 3D 打印建筑和传统建筑相互帮扶231 11.1.1 关于 3D 打印建筑认识的误区231 11.1.2 3D 打印建筑技术和传统技术互相帮扶 232 11.2 3D 打印建筑技术存在的不足232 11.3 深入发展 3D 打印建筑的基本思路 234
11.3.1 基于 3D 打印技术的范畴深入发展234 11.3.2 结合相关新技术突破 3D 打印技术的范畴进行发展234 11.3.3 融合新技术的绿色建筑 235 11.4 政策的扶持和相关技术标准规范的建立 235 11.4.1 国家政策的扶持 235 11.4.2 技术标准和规范的建立 236 11.5 成本核算、使用寿命及设备材料 236 11.5.1 成本核算和使用寿命 236 11.5.2 打印装备和打印材料 237 参考文献 238
这将是建筑史上的一场革命。
gaokeji
竭诚为您提供优质文档 /双击可除 3D 打印工艺分析 3d打印工艺分析 3d打印技术概述 3d 打印( 3dPrinting)是快速成型技术的一种,也称为增材制造技术 (additivemanufacturing,am),是一种以数字模型文件为基础,以材 料逐层累加的方式制造实体零件的技术。 3d 打印技术概念起源于 19 世纪,从上世纪 80 年代末正式应用到现在已经有 30 多年历史。 3d 打印通常是采用 3d 打印机来实现,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。 SLa快速成型技术 激光光固化技术( StereolithographyapparatusSLa)特定波长与强度的 激光聚焦到光固化材料表面使其逐层凝固叠加构成三维实体, 又称立 体光刻成型。该工艺最早由 charlesw.Hull于 1984年提出并获得美国 国家专利,是最早发展起来
论述了3D打印技术给建筑行业建设项目全过程管理带来的机遇和挑战,根据目前国内外3D打印建筑的发展现状,对3D打印建筑与传统建筑业进行了对比分析,提出了3D打印建筑的优势以及目前存在的一些问题,最后对3D打印建筑的未来进行了展望。
用3D打印机造房子,是世界各国建筑师的梦想。然而此前,无论是俄罗斯曾发布的3D打印建筑,还是荷兰打印的莫比乌斯环景观房建筑,都不是直接打印出的完整房子。因此,1月28日有媒体以《3D打印住宅“私人订制”》为题对上海盈创装饰集团有限公司(以下简称上海盈创)在苏州工业园区展示的3D打印整体建筑报道后,引起了社会各界的广泛关注和讨论,有人点赞,也有人质疑。
中国3D打印技术产业联盟执行总监王珏在接受《中国建设报•中国住房》记者采访时表示,他此前曾去过上海盈创,参观过他们的工厂,但只看见过产品,没见过3D打印机和现场作业,对其真实性甚为怀疑。对此,上海盈创董事长马义和在接受本报记者独家专访称:“3D打印设备是我们的核心技术,目前不便透露。”谈及舆论普遍关注的产品质量和安全性时,虽然他表示“我们的材料都是符合国家专业检验标准的”,却也坦承目前3D打印建筑尚无成品验收标准。
神秘的机器
纵览各种有关3D打印建筑的消息,那台3D打印机无疑是一大焦点,外界欲一探究竟,而上海盈创却始终不肯撩开它的神秘面纱,面对外界对打印机的高度关注,有人怀疑其技术含量太低,才怕被人看见后轻易复制,甚至有人怀疑其真实性,马义和对此倒是显得很淡定。面对记者提及的3D建筑打印机研发进程、成本、量产后是采取成品出售还是技术转让、售价等问题,他只回答了简短的一句“3D打印设备是我们的核心技术,目前不便透露”。
看来,要想一睹这台打印机的真容以及它的现场作业场景,还真不是件容易事。不过我们还是可以通过一些公开信息,画出这台3D打印机的“草图”。
研发:马义和自己带队设计研发,然后全球定制零部件,最终在苏州工厂组装而成。
体积:据现场工作人员描述,大型3D打印机宽10米,高6.6米,长度可以延伸,完全拉开足有150米。
生产车间:大型3D打印机的生产车间约3层楼高,车间长约200米。
作业原理:打印建筑的3D打印机,与小的打印机是一样的。喷口喷射出的“油墨”呈“Z”字形排列,层层叠加,垒成墙体。浇到“油墨”的地方,砂石材料会在一天内固化。“油墨”原料:一种经过特殊玻璃纤维强化处理的混凝土材料,来源于建筑垃圾、工业垃圾等,可以就地取材,通过技术处理、加工、分离,使之成为3D打印建筑“油墨”的原材料。
这种“油墨”原料也曾是3D打印建筑遭到质疑的原因之一。同济大学建筑系教授来增祥表示,3D打印“油墨”的构成主要成分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。同时,高强度水泥未来的回收也有困难。王珏对此存有不同看法,他认为“油墨”的原材料还可以采用石墨等其他东西,3D打印技术需要一个完善的过程,随着技术的进步,原材料中的有害物质有可能调和处理或替换掉。
人们之所以如此关注这台机器,主要原因之一还在于听说它具备的高效。据上海盈创介绍,使用3D技术打印房子可节约建筑材料30%左右,节约人工50%左右,工期更是大大缩短,一栋面积约1100平方米的别墅,只需3个工人忙3天时间,打印需1天、拼装需2天。既然优势如此明显,为何迟迟未与同样追求高效环保的住宅产业化挂钩?马义和分析认为,这项技术不仅在国内还是国外都属于创新技术,我们现在开始推广,相信不久的将来就能看到市场效应,“这项技术和BIM结合将会更加快速地推进住宅产业化的进程”。
纠结的质量
其实,这台打印机长啥样,并非问题的关键,最关键的问题,还是它打出来的房子质量如何,有没有人敢住。
此前上海盈创曾对外宣称,3D打印建筑不比传统建筑的强度和安全性差,生命周期同样可以达到三五十年。3D打印的墙体强度是普通水泥的5倍,且因中空而更加保温。整栋建筑质量更轻,理论上说抗震效果会更佳。他们曾与中建八局、上海同济建筑设计院等单位联合制定了3D打印建筑的国内企业标准。
那么,截至目前,上述数据是否经过权威验证?3D打印建筑在地方标准和国家标准方面进展到了何种程度?马义和告诉记者:“我们的材料都是符合国家专业检验标准的。因为这项技术是一项新技术,目前只有我们的企业标准,当然我们也在和各个专家学者、相关部门一起合作,希望能尽快促进地方标准、国家标准的建立”。
尽管标准尚未制定,但马义和已经有了他的下一步计划,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。而且将主流客户群定位在“对个性化定制有要求的客户,有环保意识的客户,想节约成本的客户”。
对此,王珏称:“3D打印建筑整体质量和性能上,还有待验证。目前只是在个别作品方面(比如桌子)不会有问题,硬度很强,在安全范围内。何况目前只是在推广,并未到普及阶段”。而对于3D打印建筑的“主战场”,他认为“3D打印建造方式未来最大的应用领域应该是在别墅、文化创意产业园等高端产品和个性化产品方面,尤其是在僻远或山顶等运输困难的地方,相比起传统建造方式节省了大量物资的运送,优势尤为明显。在普通住宅建造方面,目前传统的作业方式也很快,尤其是那些产业化项目,3D打印并不具备优势”。
尽管目前有不少专家因质量和材料的耐受性等因素,并不看好3D打印技术在普通住宅领域的应用,但马义和却坚信“3D打印技术将会带来普通住宅朝定制化、快速化发展”。此前曾有消息报道上海盈创与万科等大型房企展开过合作,对此,马义和告诉记者:“万科已购买过我们的产品,同时也一起探讨了3D打印建筑技术方面的合作。目前已有好几家大型开发商向我们订购产品。”
对于该消息的真实性,截至记者发稿时,万科建筑研究中心总经理王蕴并未就记者发去的采访提纲作出回应。
不过,与马义和持同样乐观态度的,还有清华大学建筑学院副教授周榕,他表示,3D打印建筑是一个跨越式的发明,无论从生产效率、精密度、还是整体的艺术表达能力,都非传统的建筑施工可同日而语。他预计在未来的10到20年内,3D打印在建筑领域上的应用很有可能会取代当下传统的建筑技术,甚至将从本质上动摇整个传统建筑学的根基。他的话,是言过其实,还是一语中的,只能是-走着瞧。
全球3D打印技术发展现状
3D打印技术最早可以追溯到1976年喷墨打印机的发明,1984年查尔斯胡尔将光学技术应用于快速成型领域,拉开了3D打印的帷幕。20世纪80年代以后,3D打印行业受到国内外的广泛关注,各种3D打印技术也在多个行业应用并发展,如今已覆盖了制造、医疗、学术、航空航天、军事等多个领域。
按照打印技术的特点,3D打印可分为选择性激光熔化成型、选择性激光烧结成型、激光直接烧结 技术、电子束熔化技术、熔融沉积式成型、选择性热烧结、立体平板印刷、数字光处理、三位打印技术、及细胞绘图打印等。
图表1:3D打印技术分类
资料来源:前瞻产业研究院整理
目前,3D打印产业主要成形技术主要包括立体光刻、立体光固成型、PVC塑料烫印复膜、熔融挤出成型、三维喷绘打印、数字光处理。自从上世纪80年代中期SLA成型技术发展以来到90年代后期,出现了十几种不同的快速成型技术,除前述几种外,典型的还有3DP、SDM、SGC等。其中,SLA、LOM、SLS和FDM四种技术,目前仍然是3D打印技术的主流。
图表2:3D打印产业主要成形技术表
资料来源:前瞻产业研究院整理
前瞻产业研究院《2018-2023年全球3D产业市场前瞻与投资战略规划分析报告》数据显示,3D打印的发展严重依赖于技术的进步和突破,目前全球3D打印应用最受欢迎的技术为FDM技术,占平台总收入的63.9%;SLA +DLP技术以18.1%的平台总收入排名第二,排名第三的是SLS技术,平台收入占比为11.1%。
图表3:2016年全球3D打印技术应用情况(单位:%)
资料来源:前瞻产业研究院整理
中国3D打印技术发展现状
国内快速成型技术的研发工作始于20世纪80年代末,在时间点上和国际上保持一致,至今已经形成了北航、华中科大、西安交大、清华大学四大研发中心,在科研水平上公认已经达到国际一流水准。北航的王华明教授团队是目前世界上少数能实现激光快速成型飞机用钛合金承力结构件的研究机构,并且是唯一一家已经实现装机的单位;华中科大的史玉升教授团队在2012年研制出世界最大的激光快速成型设备(1.2x1.2m工作面SLS)。西安交大和清华大学研发团队也掌握了SLA设备的关键技术。
我国近年才引入3D打印技术,与国外相比差距非常大,主要体现在技术和市场应用方面,研发水平不高,与市场衔接度较低,目前还未产生较大的经济效益。与美国已经出现3D Systems和Stratasys两大3D打印机上市公司不同,我国的3D打印技术起源于西安交大、华中科大和清华大学等高校,相关的技术转化集中在校办企业。
图表4:中国3D打印快速成型系统的主要科研机构
资料来源:前瞻产业研究院整理
截至2017年,我国3D打印技术专利申请数量一共9907个,申请人数3062个,平均专利数3.24件。2016年全年3D打印技术专利申请个数3554个,占全部专利数量的35.87%;专利公开个数为4739个,占全部专利数的48.38%,同比增长79.78%。3D打印技术公开的专利中,发明授权专利340个,实用新型专利1630个,外观专利293个,发明专利2530个。
图表5:2010-2016年3D打印相关专利数量变化图(单位:个)
资料来源:前瞻产业研究院整理
但是,应该看到我国3D打印技术还存在很多的问题,比如“低水平重复”现象,使得有限的投人未能发挥更好的作用,尤其是在学、产、研结合方面力度不够,影响科研成果的商品化,直至产业化。
另外,企业界对3D打印技术重要性认识不足,缺乏企业的有力支持,目前投人的研发资金几乎都是由国家承担,企业没有发挥其主导作用。对于已引进3D打印技术设备的企业,也未能充分发挥其作用。由于目前的3D打印技术设备价格太昂贵,因此广大中小型企业很少能得到3D打印技术服务。
近日,数栋使用3D打印技术建造的建筑亮相江苏省苏州工业园区。一时间,关于3D打印建筑的讨论不绝于耳。3D打印建筑是如何建造的?是否符合国家安全标准?与传统建筑相比,3D打印建筑有何优势,其全面推广又面临哪些难题?为此,记者走进负责打印建筑的盈创新材料(苏州)有限公司(以下简称“盈创公司”),实地探寻3D打印建筑的奥秘。
核心是打印材料和设备,强度是普通混凝土5倍
在苏州东方大道和金谷路的路口,一幢1100平方米的三层别墅和一幢六层(含一层地下室)近1000平方米的在建住宅楼立即吸引了记者的眼球。若非建筑上写着“3D打印绿色建筑”,记者很难察觉眼前的建筑与传统住宅有何不同。
走进仔细观察后,记者发现,墙体看上去就跟用水泥建造出来的一样。与传统建筑的墙体不同的是,3D打印的墙体呈现出年轮蛋糕般的螺纹结构,用手指敲敲墙体,可以听到空空的声音。
“除了钢筋结构以外,其他都是打印出来的。”盈创公司负责人郑建介绍,打印建筑的3D打印机,其原理与小的打印机是一样的。喷口喷射出的油墨呈“Z”字形排列,层层叠加,垒成墙体。浇到“墨水”的地方,砂石材料会在一天内固化。
该公司研究3D打印已经有12年时间,3D打印机的“油墨”制作技术是公司的独家专利。打印建筑的“油墨”原料主要是建筑垃圾等。郑建表示,3D打印建筑采用纤维技术和盈恒石制造方法代替钢筋混凝土,比钢筋混凝土强度高5倍。
记者在该公司看到,大型3D打印机的生产车间约三层楼高,车间长约200米。据现场工作人员描述,大型3D打印机宽10米,高6.6米,打印机的长度可以延伸,完全拉开足有150米长。
郑建介绍,3D打印出来的建筑构件质量轻、强度高,为了加强墙体的牢固度,墙体内都采用了三角形的支撑结构,所以理论上其抗震效果也会更佳。不过,对于其抗震强度,郑建则表示,目前还无法给出具体数据。“但3D打印建筑的强度和牢度都符合且高于国家建筑行业标准。”
工期短、成本低,最重要的是环保
“现在建造房屋的成本,主要有材料、人工和浪费三部分。而通过3D打印,可以以更低的造价、更快的工期造好房子。”盈创公司董事长马义和说。
郑建告诉记者,平层、两层的建筑,可直接把建筑打印出来,运送到指定位置使用;如果是三层或以上建筑,可以先分开打印建筑的不同部分,然后运送到目的地,在地基上进行组装。
“3D打印建筑最大的好处是节能环保。”马义和告诉记者,我们的原材料多来源于建筑垃圾、工业垃圾等,可以就地取材,通过技术处理、加工、分离,使之成为3D打印建筑“油墨”的原材料,避免了沙子、石子等材料的运输。而且,3D打印建筑不产生任何扬尘,也不产生建筑垃圾。
“以往用户装修时为了水电管道的铺设,总是敲东墙补西墙,3D打印就不用这么麻烦了,只要把水电图纸给工作人员,打印时就可以预埋管道,避免二次加工的粉尘污染。”现场工作人员说。
暂缺行业标准,全面推广仍处探索阶段
“现在,3D打印建筑要全面推广,面临的主要难题就是缺乏专门的国家标准,因此我们只能把现有的一些标准作为参考进行验收。”马义和告诉记者,理论上3D打印建筑可以不需要钢筋,但我国的建筑没有钢筋就无法验收。因此,由于无法现场打印,其成本和效率都会受到一些影响。
相关业内人士也指出,3D打印建筑只是刚刚诞生,还缺少必要的安全和质量的规范。能否替代传统的房屋建筑方式,还有待时间的检验。
2014年,盈创公司在上海展示3D打印建筑时,同济大学建筑系教授来增祥在接受媒体采访时就曾表示,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3D打印的“油墨”主要是由高标号水泥和玻璃纤维构成。而据他所知,某些国家禁止建筑大量使用玻璃纤维,因为玻璃纤维会影响人体呼吸系统。
此外,人居住宅,不仅要对外形,更需要对内部结构、综合强度等多方面进行综合考量。“油墨”的承载力强度、耐久性等各项指标是否符合标准,还有待专家部门的权威检测和认证。
马义和告诉记者,目前,公司已经与中建八局、同济大学等完成了技术签约,取得他们的技术支持。
“目前,3D打印建筑的推广还处于探索阶段,公司已与一些周边的房产开发商进行合作,并着手打印少量建筑。去年底,埃及有关部门订购了2万套廉价单元房,作为当地的安置房。”马义和告诉记者。