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話說建筑3D打印一直都是熱門，國內(nèi)外建筑3D打印發(fā)展現(xiàn)狀、建筑3D打印存在的問題和發(fā)展方向、建筑3D打印的發(fā)展前景這些系統(tǒng)知識你都了解嗎，小編找到一篇好文章，快來get！ 建筑3D打印的發(fā)展現(xiàn)狀 3D打印技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用目前可分為兩個方面。 1）在建筑設(shè)計階段，主要是制作建筑模型和城市規(guī)劃模型，設(shè)計師們已經(jīng)開始使用3D打印機(jī)將虛擬中的三維設(shè)計模型直接打印為建筑模型，這種方法快速、環(huán)保、成本低、模型制作精美。 城市規(guī)劃模型 2）在建筑施工階段，主要是利用3D打印技術(shù)建造足尺建筑，通俗地說，就是用機(jī)器人蓋房子。在建筑施工領(lǐng)域， 3D打印建造技術(shù)的應(yīng)用還處于探索階段，國外在這方面開展了很多實踐，國內(nèi)在這方面也處于領(lǐng)先地位。美國的“輪廓工藝”、意大利的“D-shape”、中國的盈創(chuàng)、荷蘭的“Kamer Maker”、英國的Arup都對建筑3D打印技術(shù)進(jìn)行了深入研究，取得了很多具有開創(chuàng)性的研究成果。 美國的“輪廓工藝” “輪廓工藝”項目負(fù)責(zé)人、南加州大學(xué)教授霍什內(nèi)維斯介紹，“輪廓工藝”其實就是一個超級打印機(jī)器人，其外形像1臺懸停于建筑物之上的橋式起重機(jī)，兩邊是軌道，中間的橫梁是打印頭。橫梁可以上下、前后移動，進(jìn)行x軸和y軸的打印工作，一層層地將房子打印出來?！拜喞に嚒?D打印技術(shù)目前可以采用水泥混凝土為材料，按照設(shè)計圖的設(shè)計，用3D打印機(jī)噴嘴噴出高密度、高性能混凝土，逐層打印出墻壁和隔間等，再用機(jī)械手臂完成整座房子的基本構(gòu)架，全程由計算機(jī)程序控制。
“輪廓工藝”打印的構(gòu)件 建造過程中,打印頭會根據(jù)計算機(jī)的指示，按照設(shè)計圖外形,像擠牙膏一樣, 在指定位置噴出1圈半流體的混凝土材料。然后噴嘴附帶的2個泥鏟會自動伸出, 規(guī)整混凝土的形狀。
意大利的“D-shape” “D-shape”用建筑材料打印出高4m的建筑物。“D-shape”打印頭的底部有數(shù)百個噴嘴，可噴射出鎂質(zhì)黏合物，在黏合物上噴撒砂子可逐漸鑄成石質(zhì)固體，通過一層層的黏合物和砂子結(jié)合，最終形成石質(zhì)建筑物。打印機(jī)噴頭每打印1層時僅形成5～10mm的厚度 ，打印速度較慢。建造完畢后建筑體的質(zhì)地類似于大理石，比混凝土的強(qiáng)度更高。 “D-shape”3D打印機(jī)
Enrico Dini也在嘗試打印更大的結(jié)構(gòu)，并嘗試在結(jié)構(gòu)中插入鋼筋以提高結(jié)構(gòu)的整體性能。
中國的盈創(chuàng) 2014年5月，10幢3D打印建筑在上海揭開神秘面紗。這些建筑的墻體是以特殊“油墨”為原料，“油墨”主要是建筑垃圾、工業(yè)垃圾、水泥，此外還有玻璃纖維和特殊的助劑。計算機(jī)根據(jù)設(shè)計圖紙控制1臺大型3D打印機(jī)層層疊加打印而成，墻體構(gòu)件是中空的，可在里面填充保溫材料，因此具有良好的保溫性能。打印機(jī)械比較類似于吊車，打印機(jī)械的噴嘴連續(xù)擠出條狀的“油墨”，“油墨”層層堆疊形成了一面墻，打印的核心技術(shù)就是保證“油墨”在堆疊的過程中不會坍塌，噴嘴擠出第2層“油墨”時，第1層“油墨”必須半凝固，既不能流動，又要與第2層黏合。 10幢3D打印建筑
荷蘭的“Kamer Maker” 2014年3月，荷蘭的Dus Architects公司在阿姆斯特丹北運河帶上利用1臺名為Kamer Maker的大型3D打印機(jī)開始打印一棟運河房屋“Canal House” ，共由13個房間組成。目前整個項目已經(jīng)開始在北部運河的一塊空地上“奠基”，整個建筑有望3年內(nèi)構(gòu)建完成。
“Kamer Maker”使用的打印材料為可循環(huán)塑料，塑料可從碎塑料瓶子中回收得到。根據(jù)設(shè)計方案，“Kamer Maker”將打印一系列的構(gòu)件，首先是建筑外墻，然后是天花板和房間的其他部分，最后是家具。這些部件將在原地進(jìn)行裝配，由于它們的一些邊緣已經(jīng)像巨型樂高積木一樣設(shè)計成型，因此能夠互相連接到一起組裝成房屋。每打印一塊構(gòu)件需要花費約1周時間，因此整個項目的工期為3年，由于打印速度比較慢，設(shè)計人員通過給打印頭加裝風(fēng)扇等方式加快打印速度。構(gòu)件具有蜂窩狀的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，最終將充滿一種材料，使其達(dá)到類似于混凝土的硬度，以支撐整棟房屋。
“Kamer Maker”打印塑料構(gòu)件
3D打印的結(jié)構(gòu)構(gòu)件
英國的ARUP 2014年6月，工程顧問公司ARUP在海牙設(shè)計了一個張拉整體結(jié)構(gòu)，整個結(jié)構(gòu)中存在著不規(guī)則連接和特殊結(jié)構(gòu)角度，導(dǎo)致1 200個節(jié)點每個節(jié)點都是唯一的。如果按照傳統(tǒng)的焊接或鑄造技術(shù)來生產(chǎn)這些節(jié)點，成本將非常高，因為每個節(jié)點都是唯一的，磨具或切割焊接成本將非常高，因此Arup利用SLS技術(shù)開發(fā)了1套3D打印設(shè)備，復(fù)雜異形鋼節(jié)點能夠通過3D打印設(shè)備很快地制造出來。先進(jìn)的制造工藝導(dǎo)致了設(shè)計方法的改進(jìn)，這些節(jié)點采用了最新的優(yōu)化設(shè)計方法，沿著結(jié)構(gòu)的傳力路徑布置材料，使每部分材料均發(fā)揮最大作用。
3D打印節(jié)點
傳統(tǒng)焊接節(jié)點 建筑3D打印的發(fā)展思考 打印材料 打印材料是建筑3D打印的核心技術(shù)，未來建筑3D打印的發(fā)展和突破是以打印材料的突破為基礎(chǔ)的。目前采用的打印材料主要是以混凝土為基材，存在著抗拉強(qiáng)度低，抗裂性能差，韌性差，構(gòu)件易脆性破壞等問題。 打印方式 目前建筑3Ｄ打印采用的打印方式還局限于傳統(tǒng)的打印方式?！拜喞に嚒焙陀瘎?chuàng)采用的打印方式類似于FDM技術(shù)（熔積成型技術(shù)），通過“擠出”半凝固的打印材料來構(gòu)建物體，但是這種打印方式存在一個矛盾的問題，一方面需要打印材料迅速形成強(qiáng)度，在打印過程中上層材料的堆積會對下層材料形成壓力，如果打印材料在短時間內(nèi)沒有形成足夠的強(qiáng)度，就會在壓力作用下產(chǎn)生變形；另一方面，如果打印材料迅速“固化”，則兩層打印材料之間的層間粘結(jié)性能就比較差，形成構(gòu)件的一個薄弱環(huán)節(jié)?！癉-shape”采用的打印方式類似于SLS技術(shù)（選擇性激光燒結(jié)技術(shù)），首先鋪設(shè)層狀粉末（砂子），再將粉末粘結(jié)來構(gòu)件物體，但是這種打印方式的問題是打印速度較慢，不適合于像建筑之類的巨型構(gòu)件。因此建筑3D打印的打印方式還需要跳出已有思維方式的束縛，還需進(jìn)一步探索更適合于建筑建造特點的打印方式。
打印設(shè)備 目前建筑3D打印設(shè)備主要是采用軌道式，這種方式的特點是結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定，打印精度高，但不適合于現(xiàn)場作用。 設(shè)計方法 目前建造3D打印在工程施工中的應(yīng)用還屬于探索階段，沒有成熟的設(shè)計理論和方法可以借鑒。由于3D打印建筑與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)在材料性能和建造工藝上有較大區(qū)別，因此需要在充分了解材料性能和構(gòu)件性能的基礎(chǔ)上研究適合于3D打印建筑的設(shè)計理論和設(shè)計方法。 施工工藝 建筑3D打印技術(shù)作為一種全自動的施工方法，與傳統(tǒng)的以人力為主的施工方法相比有諸多的不同點，其在施工工藝方面需解決支撐、找平、配筋結(jié)構(gòu)裝飾一體化等問題。 標(biāo)準(zhǔn)體系 3D打印建筑的打印材料標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計規(guī)范、施工規(guī)范、驗收標(biāo)準(zhǔn)等一系列的標(biāo)準(zhǔn)體系的制定是建筑3D打印技術(shù)在發(fā)展過程中逐步形成的，應(yīng)在市場的主導(dǎo)作用下，以企業(yè)為主體逐步發(fā)展完善。標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)的順序來逐步推進(jìn)。 建筑3D打印的前景 1) GRC、SRC等高檔建筑裝飾構(gòu)件 2) 雕塑小品 3) 別墅 4) 農(nóng)村住宅 5)經(jīng)濟(jì)適用房和廉租房 6)高層住宅 7)抗震救災(zāi)緊急用房 8) 防風(fēng)固沙 9) 太空基地
來源丨作者：田偉，肖緒文，苗冬梅；以上內(nèi)容節(jié)選自《建筑3D打印發(fā)展現(xiàn)狀及展望》，《施工技術(shù)》2015年第17期 注意啦！ |
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來自： 榮悅 > 《質(zhì)量安全》
