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3D打印技能在建筑工程建设中的实践

发布时间:2018-12-05 01:06:01 文章来源:未来智讯    
    3D打印技能在建筑工程建设中的实践作者: 黄小江 赖斯艺 郑钊杰 彭伟标   摘要:3D打印技能近年来受到越来越多人的关注,这一新技能在建筑工程建中更是得到了突破性的应用,本文主要讲述3D打印技能在建筑工程建设中的发展及应用,探索如何利用3D打印技能改善传统建筑的方式和方法。
  Abstract: 3D printing technology has drawn more and more attention in recent years. This new technique is widely used in architecture engineering construction. This article, this article mainly introduces the development and application of 3D printing technology in architecture construction, and discusses the methods of using 3D printing technology to improve the traditional architecture.
  关键词:3D打印技能;应用;建筑施工技能
  Key words: 3D printing technology;application;construction technology
  中图分类号:TU974 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2015)36-0176-02
  0 引言
  3D打印技能是近年来新兴的一种技能,自问世以来就得到了广泛的关注,应用跨越各个领域。在建筑领域,它更是以简捷方便的操作方式吸引了不少建筑人在这方面的研讨,而在高校之中却还没得到相应的关注,高校作为培养人才的场所,是改革创新的主要力量,应该高度重视科技的发展,3D打印技能作为一种新型的科技,它具备着在建筑方面的巨大潜力,并且已经在建筑方面得到不少的研讨成果。本文主要对3D打印技能在建筑工程建设中所起到的应用和发展进行研讨和探讨。
  1 3D打印技能的发展
  3D打印技能最早起源与美国,80年代后期,3D打印技能有了根本性的发展,1988年发明了分成实体制造,1989年发明了粉末激光烧结技能,1992年发明了熔融沉积制造技能,1993年在麻省理工大学发明了3D打印技能。1994年德国公司EOS推出了EOSINT选择性激光烧结设备,1996年,3DSystems公司使用喷墨打印技能制造出其第一台3D打印机――Actua2100;近年来出现的新型打印机包括压电喷墨式、气动式、电动式、电流体动力喷式和混合式等5种3D打印机,而如今正在发展的大众化3D打印机包括工程设计用、简易实验用、学生学习用和家用等4种3D打印机。
  2 3D打印技能原理
  3D打印技能也称三维打印技能或快速成型技能,便是在普通的二维打印的基础上再加一维,使其最后变成一个三维物体,它事务原理是一种以数字模型文件为基础,即需要先在计算机上建模,运用特殊蜡材、粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过将一层层地粘合材料打印制造三维的物体的技能,实现这种成型的设备称为3D打印机。成型的方法方式也多种多样,传统的有喷墨粘粉式(3DP)和熔融挤压式(FDM),近年来出现的新型打印机包括压电喷墨式、气动式、电动式、电流体动力喷式和混合式等,然而无论何种成型法,都是采取原料加层方法变成3D物体,这种打印实体的方式比传统的技能要更加方便快捷,绿色节能。
  3 3D打印在建筑工程建设中的应用
  3.1 3D打印技能对建筑模型的初步应用
  3D打印技能的应用极其广泛,在各种领域都有所涉及,特别在建筑领域中的应用在未来有取代传统建筑法之势。现阶段出于人们对建筑住房的要求越来越高,设计师们对建筑的设计不得不更加复杂化,目前传统的制作模型方法已经不足以满足人们的要求了,所以如今3D打印机是建筑设计师们必不可少的工具。
  早在1986年,全球第一台3D打印机就在这个世界诞生了,并且在同一年打印出了大略的三维建筑模型。现在当你看见了一个完整的建筑模型被打印出来不用太惊讶,如今只要我们把建筑物的立体数据输入电脑,按打印键,3D打印机机会根据数据打印出立体实物。如图1便是用3D打印技能打印出来的大略立体实物,图2是利用3D打印技能打印出来的建筑模型。两个建筑模型被打印出来其实操作并不复杂,只要我们先把立体数据正确的输入电脑,然后把所需要的建筑模型的材料有规律的放入打印机,并且按下打印键,最终建筑实体模型就被打印出来了,打印前后所需要的时间只需几分钟,大大的提升了制作建筑模型的效率。这样打印出来的建筑模型不仅满足销售商吸引顾客眼球的要求,而且满足顾客对建筑模型审美的的要求,并且建筑模型与实体建筑相似度可达九成以上,所以如今局部顾客能够根据模型去选购自己心仪的建筑。
  图1是几年前,美国一位对3D打印技能极其的熟练而且对打印建筑物的速度可以很好抑制的并且设计建筑方面有着极其丰富经验的建筑行业专家Rietveld architects的一项研讨成果。自从2008他拥有属于自己的3D打印机起初,他就不再使用纸张、纸板之类的去构思画图,而是使用3D打印机去试验各种建筑小模型并且尝试实体建筑物,并且可以从里面学习到很多东西,不时的进行着改进。自从他们了解了将3D打印技能使用度达到最大,他们就改掉了之前的打印方法,从而改进打印制作模型的技能。后来他们发现用3D打印技能的打印速度也相当重要,并且他们找到了可以快速变成模型的软件。经过这些重重改良之后,他们认为打印的效率和质量要摆在首位,他们白天的时候在软件上设计建筑蓝图,在晚长进行打印,这样晚上能够通宵打印他们的模型,到第二天早上建筑模型已经被打印出来了。
  3.2 3D打印实体建筑物在各国逐渐出现   在美国,LGM公司便是利用喷墨粘粉式三维大打印机,通过在高本能石膏粉上选择性的喷射黏结剂来为客户制作建筑模型,这些模型课分为四种:
  ①观念模型,尺寸比率为1:8、1:10和1:16,最大尺寸0.91m×1.22m。
  ②销售模型,尺寸比率为1:8,最大尺寸为1.22m×2.44m。
  ③地形模型,尺寸比率为1:80,最大尺寸为1.52m×0.91m。
  ④结构模型,尺寸比率为1:8、1:10和1:16,最大尺寸为8.53m×3.05m×1.83m。
  在英国,建筑师查理・布斯维尔曾致力于建造一台4m×5m的的三维打印机,用于打印陶瓷、水泥、石膏、黏土、石灰、聚合物和金属材料,构成建筑物。例如,精确的打印出混合多种材料的的墙体,不必分辨进行单独加工,墙体上能预留用于制作门窗的口子,也能将墙体打印出蜂窝结构,用于隔热保暖,还能预留交代电线和管道的通路。
  在意大利,恩里科・迪尼成功研制出一种称为“D外形”的大型三维打印机,这种打印机的喷头有数百个喷嘴,用喷射黏结剂来黏结沙和镁组成的粉末,成型层高为5~10mm,最后打印出的建筑构件类似大理石,比混凝土的强度更高,并且不需要内置钢筋进行加固。用这种三维打印机建造建筑物的速度是选取普通建筑方法时的4倍,并且能削减一半成本。
  在中国,3D打印技能的应用也十分广泛,无论是在建筑行业还是其他各个行业都得到了非常大的进步和发展。在上海,我国成功的在上海张江高新青浦园区内利用3D打印机打印出10栋建筑物,这些打印出来的建筑墙体主要利用建筑垃圾制成的特殊“油墨”然后按照计算机辅助设计(CAD)设计的图纸和方案,经过一台大型的3D打印机层层叠加喷绘而变成,但是令我们更吃惊的是,10栋小屋的建筑过程仅仅花费24小时。
  3.3 3D打印技能打印建筑物实例
  如图3、图4便是用特殊“油墨”借助一台大型的3D打印机所打印出来的。房子的面积不大,十来个平方,最高只是两层,但是特别之处是我们看不到传统施工方法和材料,现场我们看不到一砖一瓦,墙体是由一层层水泥材料堆叠而成,呈现出年轮蛋糕的结构,这也便是我们3D打印技能层层打印的原理所喷绘而成的这样一个结构。据明白,用建筑垃圾制成的“油墨”是一种经过特殊玻璃纤维强化处理的混凝土材料,其使用年限和强度都高于钢筋混凝土。而且由3D打印机打印出来的空心墙不仅可以很好地减轻了建筑物的自重,还可以填充一些保温材料或设计墙体结构,一次性解决墙体承重的结构问题。相同的,无论是桥梁、简易工房、居民住宅、剧院或者是宾馆、其建筑的强度都适合并且高于国家建筑行业标准,更让我们想不到的是,这种“油墨”挤出后很快凝固,保证了打印机的连续打印,也即是说如果我们要建一栋25层的住宅楼,只要打好地基,仅需要半个月即可完成整栋楼的建筑框架,最终安装好门窗,水管和电线管,最快一个多月我们便可入住。同时,使用3D打印建筑,绿色环保,节约材料和成本。
  4 结语
  在建筑业里,建筑设计师用3D打印机打印建筑物既快速又低成本、既环保又精美的方法,还节省了大量的建筑材料。如今3D打印技能打印建筑物这个领域已被许多国家应用,并且已有人居住在3D打印机所打印出来的建筑物里。3D打印技能打印建筑物在未来的22世纪将会有可能取代传统的建筑方法,并且还将会用3D打印机直接打印出一整栋楼房,同时,能够根据建筑物数据一并打印出建筑楼房里面的家具。这样的3D打印技能制作大略、环保、又低成本的技能在将来会广泛地应用于全球的。
  参考文献:
  [1]胡迪利普森,梅尔芭库曼.3D打印 从想象到实现[J].网络与信息,2014.
  [2]罗军.中国3D打印的未来[J].家当发展,2012.
  [3]李小丽,马剑雄,李萍,陈琪,周伟民.3D打印技能及应用趋势[J].自动化仪表,2014(01).
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