3D打印在工程中的应用思考

3D打印在工程中的应用思考

尹利影

南京栖霞山建设工程有限公司 江苏省南京市 210000

摘要：3D打印技术在日常生活和工作中的应用越来越广，3D打印的用途也越来越多，3D打印已经在各个领域有了不同程度的应用，并且有着不同的使用功能，3D打印是现如今一种高科技的打印技术，对我们的社会发展有着重要的作用。由于建筑工程施工时间长、工程复杂，越来越多的施工企业，将3D技术应用到了建筑工程中。3D打印在建筑工程中的应用，给建筑行业带来了更多的方便。因此，本文就对3D打印在工程中的应用进行了探讨，以供参考。

关键词：3D打印；工程；优势；问题；应用策略

前言：

在社会相关行业中，技术不仅改造人生、提升效率还可以创造价值。随着科学技术的不断发展，新技术、新材料的不断涌现，使工程的施工质量和施工效率得到了显著的提升。3D打印作为一种新的技术，其的出现一直都是备受瞩目的，3D打印在各个行业都得到了广泛的重视，尤其是在建筑领域，被广泛认为是一项重要的工程技术。

一、3D打印的概念

（一）3D打印的含义

3D打印不仅是一种分层打印技术，还是一种应用数码技术，应用多种粉末金属、塑料等物质，应用数码技术进行快速打印的技术。此外，3D打印作为一种被人们广泛认可的现代技术，并在现代社会中凸显着鲜明的特征，对现在很多的行业起到了至关重要的作用。同时，3D打印是利用计算机进行工作，应用特殊的软件来构建信息模型，再由3D打印机进行打印，也就是所谓的“材料加工”。

（二）3D打印特点

通过各行各业的实验以及有关研究人员的调研发现：3D打印技术在现代社会中是一种非常有实用价值的技术，3D打印可以将自身的思想融入到打印中，增加打印的创造力，并且，每个打印的效果、方案都具有可行性，因此3D打印不仅给相关行业创造了价值，还有效的促进了社会的发展。所以，在这一进程中，应用互联网的信息技术，为3D打印的发展提供了关键的基础，也是实现3D打印顺利进行的前提。当前，随着互联网技术的发展、技术的进步、网络技术的发展和进步，3D打印技术得到了进一步的发展，能够实现网上的工作，大大的加快了打印的效率和质量。

二、3D打印在建筑行业中的优势

（一）简化传统施工技术

近年来，人们对建筑的要求越来越高，但是由于受传统的建筑技术的制约，很难将其转换为现实的建筑。3D打印技术与传统的建筑技术相比，能让建筑物的外观更具立体感，因此受到了很多施工人员和群众的喜爱。在3D打印技术的帮助下，即使建筑物的结构和外形变得更加复杂，一次打印就可以完成，这极大地简化了施工过程，为建筑的特色建筑奠定了良好的基础[1]。

（二）符合现代环保主题

建筑行业自身的能源消耗巨大，各种扬尘、污水等在施工中会给周围的环境造成很大的污染。就传统建筑业而言，每一座高楼的出现，都会产生大量的建筑废弃物，而政府每年的处置成本也是一个天文数字。因此，应用3D打印技术，不仅可以回收应用建筑垃圾，还可以减少建筑材料的浪费，这是传统的建筑技术所不具备的。此外，3D打印受到现场的限制较少，可以在工厂内直接制造出建筑部件，并将其运输至工地进行装配，相比于过去运输沙石等物料带来的粉尘污染，这种方式无疑更加环保。

（三）降低了建筑人工成本

3D技术是以电子、智能等工业为基础，建造时不需要太多的建筑工人，但更重视建筑工人的技能，而建筑工人的知识和技能是决定建筑品质的重要因素。从这个角度来说，施工企业不可避免地要进行一场大规模的人事调整或者培训，裁员一些技术含量低的建筑工人，从而减少施工人员的雇佣成本。

（四）提高建筑效率

运用传统建筑模式建造一栋大楼，包括支模、绑筋、混凝土浇筑等一系列繁琐的工作，还必须制定施工计划、人员配置、安全检查等工作，这一切都会影响施工的效率。3D打印技术出现后，可以将所有的软件都整合到计算机中，从而简化施工过程，并应用3D打印技术，减少返工，缩短施工时间，提高施工效率。同时，由于成品的运输比原料的运输更加便捷，3D打印技术也使得施工的运输成本得到了进一步的降低[2]。

三、3D打印存在的问题

首先，3D打印应该在打印前设计一个3D模型，然后以此为基础，将建筑物的实体打印出来。而在目前的情况下，研制出一套与打印硬件兼容的软件体系，是目前3D打印技术发展面临的一个重要问题。其次，3D打印机自身对建筑物的大小有很大的制约，特别是当打印建筑楼模型时，打印机的爬高很难精确地控制，从而使得打印出来的建筑物大小与原来的设计有很大的偏差。最后，3D打印对于建筑材料的要求比传统建筑模式更高，就混凝土一项来说，混凝土的强度、延展性、保温性、可塑性都要好，对于混凝土凝结硬化时间也提出了更高要求。

四、3D打印在工程中的应用策略研究

（一）在建筑设计方面中的应用

在工程的设计阶段，成功地应用了建筑的设计，是建筑工程的重要工作。在实际应用中，还对施工过程中的施工、验收、使用等过程发挥着关键的作用。在当今社会，对建筑工程的要求日益提高，设计要素已成为建筑工程本身的一种增值。而在建筑工程的后期，也可以将其作为工程设计的重点，从而创造工作的便利。3D打印可以很好的展示出设计的方案，根据设计图纸，将不同的建筑风格以不同的比例展示出来，达到最好的预期效果，同时也能降低工作时的工作失误。在项目开始之前，要做好充分的准备工作，以便能更好地解决施工设计中遇到的问题。3D打印技术的应用，可以很好地解决目前工程领域中的一些问题

[3]。

（二）在建筑市场开发中的应用

（1）在建筑方案初步设计阶段，传统2D影像存在较大的技术壁垒，要进行科学的规划，必须要有足够的想象力，而3D打印技术的辅助，使得打印出来的3D模型更具视觉和立体感，能够精确地显示设计思想，并能根据讨论的结果而作出调整。比如交通综合体、城市综合体等，在分析城市综合体的建造过程中，如何应用3D打印技术，将综合体的外观和效果展现出来。（2）在提出施工方案的过程中，要综合考虑建筑工程 方案、成本、指导方针等方面的需求，通过3D打印模型来重现建筑与环境，可以让设计者反思在设计中的疏漏和缺陷。（3）在建筑工程 阶段，应用3D打印模型的辅助设计作用，对建筑装饰材料、装饰风格、物品陈设等进行细致的设计与展示。（4）对建筑 工程的结果进行说明。3D打印模型是一座真正的建筑物的微型复制品，能引起顾客的注意，从而获得顾客的信赖。

（三）3D打印建筑材料的具体应用

随着社会的发展，生态环境越来越受到人们的关注，越来越多的绿色材料被应用到建筑工程中。而3D打印技术的普及，可以很好的解决这个问题，为建筑材料提供更多的功能。目前，世界各国对3D打印技术的应用大多集中于低端建筑，而且在实际应用中也有一些限制。这主要是由于3D打印在强度、性能等方面尚不能很好地保障。所以，如果国家在未来的发展中，将3D打印的性能和强度提升到更高的水平，那么这个问题就可以得到很好的解决。除了这些，现在的环保材料也是一个重要材料，所以3D打印也要朝着这一方向发展，并提供一些环保材料。

（四）在制造实体建筑方面的应用

3D打印在工程中的运用，最直接的体现就是在实体建筑的制造上，简单的说，就是将这种技术应用到房屋建造中，而在实际的工程中，则是将建筑的模块化，然后在工厂内进行打印，然后进行组装。就像建造房屋，在打印房屋前，必须先打好基础；接下来，打印机按照设计图进行墙面结构的打印，并为“梁”和“柱”预留了足够的空间；最后，将钢筋和混凝土灌注到预留的空间，并在墙体的空心部位进行保温。这种3D打印的建筑在国内也有，用肉眼看去，这些3D打印的房子和普通房子有很大的不同：墙壁上布满了花纹，有的横着，有的竖直，就像是奶油蛋糕里挤出来的奶油。

（五）在建筑构件方面的应用

在建筑工程中，构件的质量是一个十分关键的问题，也是一个值得注意的问题。现在有些建筑师把3D打印技术应用到了建筑部件上。最初，建筑师使用 SLS （选择性激光烧结）3D打印技术，将每个节点按设计大小进行分段打印，再进行装配，从而达到了建筑在美学和结构上的要求[4]。

五、3D打印建筑工程的实例分析

（一）世界首座3D打印房

世界首个3D打印房子在荷兰阿姆斯特丹建成。这个3D打印房子叫做“运河房子”，其施工流程如下：荷兰 DUS建筑公司设计，共有13个房间，使用一台名为 KamerMaker的巨型3D打印机，这台3D打印机有6公尺高，是用一艘货柜做的。该项目于2014年年初动工，竣工后将成为3D打印技术的研发中心。荷兰运河房的施工方法是应用计算机绘制的图纸，应用各种塑料和木材制成建筑外墙、天花板和房间其他部件。再将零件组装起来，就像是一个玩具娃娃。很明显，3D打印技术在建筑领域的应用，使我们拥有了空前的想象力。

（二）国内3D打印房实例

我国的第一栋3D打印大楼在某市进行了，建造10栋3D打印大楼只用了24个小时。这座打印大楼的墙壁，是用一种特殊的“油墨”，由一台巨大的3D打印机，按照计算机的设计图，一层层的喷涂出来。窗帘、空调、办公桌、文件柜，都被安置在了这里。还有我国某市的3D打印房也已竣工。在建筑工地，将独立的客厅、卧室、厨房、卫生间等建筑单元逐一拼接、组装、搭建。三个小时内，一栋两层的精装别墅就建好了，业主只需要把家具搬进去就行了。

六、3D打印在工程中应用的前景展望

3D打印技术具有周期短，成本低，成型质量高，节约能源，环保等优势，但也存在着一定的局限性，有关人员在今后可进一步探索：（1）可用于应急、临时建筑。在应对地震、海啸等自然灾害时，应用3D打印的短周期、低成本的特性，搭建起临时的避难所，起到了很好的抗震救灾效果。（2）高精密的预制件的制造。3D打印机能控制喷嘴一层一层地打印，能完成许多常规建筑所不能达到的形状。由此产生的不同形状的零件，保证了建筑师的无拘无束。（3）可视化的设计。当前的建筑设计都是 CAD制图，3D打印能更好地反映出被设计的建筑物，从而实现设计的最佳化[5]。

结束语：

总而言之，3D打印技术在建筑业的发展还处在起步阶段，可以生产出结构比较简单，但强度和性能都不高的材料。但在整个建筑界，这样的规模显然是远远不够的。未来，有关人员要不断探索3D打印技术的更深层次的应用，并进一步开发出更多的节能、环保的新材料，从而提升3D打印的应用价值。在日常生活中，施工技术人员更多的是将3D打印技术和 BIM技术结合起来，以提升3D打印在建筑领域的应用。

参考文献：

[1] 郭景，王晖，郭志坚，等. BIM与3D打印技术在建筑装饰工程中的应用[J]. 施工技术，2018，47(2)：120-122.

[2] 侯涛，李佳男. 3D打印技术在建筑景观设计中的有效应用[J]. 科技资讯，2019，17(2)：85，87.

[3] 代林振. 建筑工程建设中3D打印技术的实践探思[J]. 材料发展导向（上），2020，18(9)：71.

[4] 刘万昱. 3D打印技术在CDIO工程教育模式下古建筑木作课程中的应用[J]. 黑龙江科学，2014，5(4)：134. DOI：10.3969/j.issn.1674-8646.2014.04.110.

[5] 康舒怡，张丽，黄安琪，等. 3D打印技术在建筑工程中的应用[J]. 新材料·新装饰，2022，4(22)：117-119.