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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)，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。

在建筑行業(yè)，3D打印的過程一般由設(shè)計師和結(jié)構(gòu)師來操作。工作人員根據(jù)CAD等建模軟件所得出三維模型數(shù)據(jù)，通過一個運行程序?qū)⒉牧戏謱哟蛴≥敵霾⒅饘盈B加，最終將計算機上的三維模型變?yōu)榻ㄖ嵨铩?/p>

一個房子或者一群房子。即使每幢建筑形態(tài)各異，都可以通過一個運行程序來自動構(gòu)建。最終將計算機上的三維模型變?yōu)榻ㄖ嵨铩?/p>

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

3D打印的優(yōu)點和缺點

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

然而不僅僅是節(jié)約時間：3D打印建筑也減少了浪費。

一般來說，一個典型的住宅建筑工地會產(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，因此無論在特定區(qū)域是否需要結(jié)構(gòu)支撐，都會浪費大約一半的混凝土。這對環(huán)境尤其有害，因為水泥作為混凝土的主要成分，約占我們二氧化碳排放量的 7%。相比之下，3D 打印機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。這個過程稱為拓撲優(yōu)化。

打印結(jié)構(gòu)的數(shù)字化是 3D 打印的另一個優(yōu)勢。這意味著計算機上呈現(xiàn)的設(shè)計可以直接轉(zhuǎn)換為打印機指令。這消除了將設(shè)計轉(zhuǎn)換成圖紙的需要，從而減少了不必要的錯誤和麻煩，節(jié)省了成本并減少了延誤。數(shù)字化還有一個額外的好處，那就是它消除了設(shè)計創(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，而無需費心培訓(xùn)他人來執(zhí)行計劃。

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程中能夠順暢流動，這樣才能順利進出打印機，不會堵塞。其次，從打印機擠出的混凝土必須能夠快速硬化并變得足夠堅固以承受后續(xù)層。在滿足上述要求的基礎(chǔ)上，還需要使這些層之間達到足夠的附著力。

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)，因為環(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控制。

當前應(yīng)用

3D 打印混凝土?xí)?清華大學(xué)建筑學(xué)院徐衛(wèi)國教授團隊

近日，一個由機器人3D打印而成的書屋在上海寶山智慧灣科技園正式啟用。該書屋由清華大學(xué)建筑學(xué)院徐衛(wèi)國教授團隊設(shè)計并用該團隊研發(fā)的打印機器及打印材料建造；它是上海“藝術(shù)之橋”空間的一部分，可用于圖書展示、學(xué)術(shù)討論、新書分享會等活動；同時，它也是“藝術(shù)之橋”2021年度人物徐衛(wèi)國-“年度制造”的藝術(shù)作品

該書屋的設(shè)計起于概念草圖，之后用MAYA軟件根據(jù)使用需求實體建模，并進行空間形體及結(jié)構(gòu)合理性推敲確定實施模型，其后通過打印路徑規(guī)劃及打印程序編寫完成數(shù)字文件，再以此數(shù)字文件驅(qū)動機器人3D打印設(shè)備進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小屋。該圖書小屋總面積約30平方米，可容納15人進行各種活動

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)國教授團隊

徐衛(wèi)國教授團隊完成的另一個項目是3D打印混凝土住宅-非洲低收入住宅，這是團隊自主研發(fā)“機器人3D打印混凝土移動平臺”及“混凝土房屋快速建造體系”。

該“混凝土房屋快速建造體系”專為非洲地區(qū)的低收入家庭而設(shè)計。其面積為40平方米，包括門廊、客餐廳、臥室、廚房、洗手間等房間，可滿足1-4人的居住需求。其中門廊、廚房和洗手間安排在平面一側(cè)，形成一個長方形的單元；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，布局可根據(jù)實際居住需求靈活調(diào)整。

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

由袁烽和他的團隊開發(fā)，在威尼斯雙年節(jié)設(shè)立了一個數(shù)字化制作的戶外展館“云市”。云市有一個扭曲的形式，在它的屋頂下創(chuàng)造了一系列開放和半封閉的空間。

從造型到材質(zhì)，“云市”以其物質(zhì)性的符號化表現(xiàn)反映了中國鄉(xiāng)村的當代現(xiàn)實：抽象的共享的村口空間是中國鄉(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代中國農(nóng)村環(huán)境問題的危機，對未來空間生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展方式進行了批判性反思。

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

全球最大的改性塑料3D打印建造體——南京歡樂谷主題樂園東大門，在2020年11月11日隨著園區(qū)的正式開放。創(chuàng)盟國際設(shè)計團隊與建筑機器人協(xié)作，全面顛覆了傳統(tǒng)意義上的設(shè)計到建造的流程，高效、精準地完成了超尺度、高維幾何建造體的改性塑料3D打印實施工作。獨特的定制化建造體不僅在形象上成為了南京歡樂谷的代表性標志，也完美組織整合了從前廣場到主題樂園的空間過渡。

3D打印的未來前景

關(guān)于3D打印的未來，《科學(xué)美國人》報道稱：

“3D打印建筑的技術(shù)仍處于早期階段，要擴大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。對于前者，從業(yè)者還沒有找到一種從印刷機上加固混凝土的有效方法。在傳統(tǒng)建筑中，這是通過鋪設(shè)鋼筋來完成的?！?/p>