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3D打印是快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。

在建筑行業(yè)，3D打印的過(guò)程一般由設(shè)計(jì)師和結(jié)構(gòu)師來(lái)操作。工作人員根據(jù)CAD等建模軟件所得出三維模型數(shù)據(jù)，通過(guò)一個(gè)運(yùn)行程序?qū)⒉牧戏謱哟蛴≥敵霾⒅饘盈B加，最終將計(jì)算機(jī)上的三維模型變?yōu)榻ㄖ?shí)物。

一個(gè)房子或者一群房子。即使每幢建筑形態(tài)各異，都可以通過(guò)一個(gè)運(yùn)行程序來(lái)自動(dòng)構(gòu)建。最終將計(jì)算機(jī)上的三維模型變?yōu)榻ㄖ?shí)物。

近年來(lái)，隨著中國(guó)政府大力支持推動(dòng)該行業(yè)的發(fā)展，中國(guó)已成為亞洲 3D 打印增長(zhǎng)背后的主力軍。本文將就 3D 打印如何為中國(guó)的建筑行業(yè)提供新的可能性進(jìn)行幾點(diǎn)討論和案例分析。

3D打印的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

3D打印建筑最明顯的優(yōu)點(diǎn)之一是速度快。建造一座500平方英尺（約46.45平方米）的單層住宅只需要24小時(shí)的打印時(shí)間。

然而不僅僅是節(jié)約時(shí)間：3D打印建筑也減少了浪費(fèi)。

一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)典型的住宅建筑工地會(huì)產(chǎn)生4噸左右的垃圾。由于傳統(tǒng)地坪施工中使用的混凝土是均勻涂抹的，因此無(wú)論在特定區(qū)域是否需要結(jié)構(gòu)支撐，都會(huì)浪費(fèi)大約一半的混凝土。這對(duì)環(huán)境尤其有害，因?yàn)樗嘧鳛榛炷恋闹饕煞郑s占我們二氧化碳排放量的 7%。相比之下，3D 打印機(jī)可以非常精確地改變結(jié)構(gòu)的厚度，只在真正需要的地方使用混凝土。這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為拓?fù)鋬?yōu)化。

打印結(jié)構(gòu)的數(shù)字化是 3D 打印的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)。這意味著計(jì)算機(jī)上呈現(xiàn)的設(shè)計(jì)可以直接轉(zhuǎn)換為打印機(jī)指令。這消除了將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成圖紙的需要，從而減少了不必要的錯(cuò)誤和麻煩，節(jié)省了成本并減少了延誤。數(shù)字化還有一個(gè)額外的好處，那就是它消除了設(shè)計(jì)創(chuàng)意的障礙。建筑師可以以較低的成本提供定制或半定制的設(shè)計(jì)，而無(wú)需費(fèi)心培訓(xùn)他人來(lái)執(zhí)行計(jì)劃。

盡管如此，與普通的3D打印技術(shù)相比，混凝土的3D打印技術(shù)難度更大。首先，要保證混凝土在打印過(guò)程中能夠順暢流動(dòng)，這樣才能順利進(jìn)出打印機(jī)，不會(huì)堵塞。其次，從打印機(jī)擠出的混凝土必須能夠快速硬化并變得足夠堅(jiān)固以承受后續(xù)層。在滿(mǎn)足上述要求的基礎(chǔ)上，還需要使這些層之間達(dá)到足夠的附著力。

此外，3D混凝土打印還需要克服露天環(huán)境（工作）中的一系列挑戰(zhàn)，因?yàn)榄h(huán)境灰塵、濕度、水分、溫度等都是影響混凝土性能的變量，所以這些影響因素必須被精準(zhǔn)控制。

當(dāng)前應(yīng)用

3D 打印混凝土?xí)?清華大學(xué)建筑學(xué)院徐衛(wèi)國(guó)教授團(tuán)隊(duì)

近日，一個(gè)由機(jī)器人3D打印而成的書(shū)屋在上海寶山智慧灣科技園正式啟用。該書(shū)屋由清華大學(xué)建筑學(xué)院徐衛(wèi)國(guó)教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并用該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的打印機(jī)器及打印材料建造；它是上?！八囆g(shù)之橋”空間的一部分，可用于圖書(shū)展示、學(xué)術(shù)討論、新書(shū)分享會(huì)等活動(dòng)；同時(shí)，它也是“藝術(shù)之橋”2021年度人物徐衛(wèi)國(guó)-“年度制造”的藝術(shù)作品

該書(shū)屋的設(shè)計(jì)起于概念草圖，之后用MAYA軟件根據(jù)使用需求實(shí)體建模，并進(jìn)行空間形體及結(jié)構(gòu)合理性推敲確定實(shí)施模型，其后通過(guò)打印路徑規(guī)劃及打印程序編寫(xiě)完成數(shù)字文件，再以此數(shù)字文件驅(qū)動(dòng)機(jī)器人3D打印設(shè)備進(jìn)行混凝土材料的逐層堆疊打印，從而建成這一曲面形體的圖書(shū)小屋。該圖書(shū)小屋總面積約30平方米，可容納15人進(jìn)行各種活動(dòng)

3D打印混凝土住宅-非洲低收入住宅/清華大學(xué)建筑學(xué)院徐衛(wèi)國(guó)教授團(tuán)隊(duì)

徐衛(wèi)國(guó)教授團(tuán)隊(duì)完成的另一個(gè)項(xiàng)目是3D打印混凝土住宅-非洲低收入住宅，這是團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)“機(jī)器人3D打印混凝土移動(dòng)平臺(tái)”及“混凝土房屋快速建造體系”。

該“混凝土房屋快速建造體系”專(zhuān)為非洲地區(qū)的低收入家庭而設(shè)計(jì)。其面積為40平方米，包括門(mén)廊、客餐廳、臥室、廚房、洗手間等房間，可滿(mǎn)足1-4人的居住需求。其中門(mén)廊、廚房和洗手間安排在平面一側(cè)，形成一個(gè)長(zhǎng)方形的單元；客餐廳及臥室在平面另一側(cè)，中間以輕質(zhì)隔墻或收納家具隔開(kāi)，布局可根據(jù)實(shí)際居住需求靈活調(diào)整。

2018“威雙”中國(guó)館現(xiàn)場(chǎng)：云市，機(jī)器人空間打印展亭/袁烽-上海數(shù)字建造工程技術(shù)中心

由袁烽和他的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)，在威尼斯雙年節(jié)設(shè)立了一個(gè)數(shù)字化制作的戶(hù)外展館“云市”。云市有一個(gè)扭曲的形式，在它的屋頂下創(chuàng)造了一系列開(kāi)放和半封閉的空間。

從造型到材質(zhì)，“云市”以其物質(zhì)性的符號(hào)化表現(xiàn)反映了中國(guó)鄉(xiāng)村的當(dāng)代現(xiàn)實(shí)：抽象的共享的村口空間是中國(guó)鄉(xiāng)土文化的重要體現(xiàn)，而打印展亭的再生塑料材料則表明了當(dāng)代中國(guó)農(nóng)村環(huán)境問(wèn)題的危機(jī)，對(duì)未來(lái)空間生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展方式進(jìn)行了批判性反思。

超越幾何：全球最大改性塑料3D打印建造體/創(chuàng)盟國(guó)際+一造科技

全球最大的改性塑料3D打印建造體——南京歡樂(lè)谷主題樂(lè)園東大門(mén)，在2020年11月11日隨著園區(qū)的正式開(kāi)放。創(chuàng)盟國(guó)際設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)與建筑機(jī)器人協(xié)作，全面顛覆了傳統(tǒng)意義上的設(shè)計(jì)到建造的流程，高效、精準(zhǔn)地完成了超尺度、高維幾何建造體的改性塑料3D打印實(shí)施工作。獨(dú)特的定制化建造體不僅在形象上成為了南京歡樂(lè)谷的代表性標(biāo)志，也完美組織整合了從前廣場(chǎng)到主題樂(lè)園的空間過(guò)渡。

3D打印的未來(lái)前景

關(guān)于3D打印的未來(lái)，《科學(xué)美國(guó)人》報(bào)道稱(chēng)：

“3D打印建筑的技術(shù)仍處于早期階段，要擴(kuò)大3D打印建筑的規(guī)模，需要在技術(shù)和監(jiān)管方面做更多的工作。對(duì)于前者，從業(yè)者還沒(méi)有找到一種從印刷機(jī)上加固混凝土的有效方法。在傳統(tǒng)建筑中，這是通過(guò)鋪設(shè)鋼筋來(lái)完成的?！?/p>