摘要:建筑工程施工过程中,采用多种施工技术和机械设备以保证施工顺利进行。但在核心操作中,仍然需要大量专业的施工人员负责,施工中难免存在误差,由于人为等因素的影响大大提高建筑施工成本,降低施工效率,影响工程建设。随着科学技术的不断发展,3D 打印技术开始走进人们的视野,并通过不断的优化和更新,在各个领域中得到广泛的应用。在建筑行业中应用3D 打印技术可充分吸取这一技术的优势,保证建筑施工迈向自动化方向。
关键词:3D打印技术;建筑施工;应用发展
随着近几十年来科学技术的迅速发展,全球经济一体化趋势进一步增强,作为与人类息息相关的建筑领域也面临着新的机遇与挑战。3D打印作为第三次工业革命的重要标志,它在建筑领域发挥着重要作用,解决了许多传统建筑的难题,把建筑领域带向了一个新的高度。本文将阐述3D打印技术以及在建筑领域的发展应用。
1 3D打印技术在建筑的工作原理及优势
1.1 3D打印建筑的原理
所谓3D打印技术,是利用光固化和纸层叠等方式实现快速成型的技术。它是将用内装有金属、陶瓷、塑料、砂等特殊“打印材料”组成的3D打印机,与电脑连接后,通过多层打印方式,把计算机上的蓝图变成实物。3D打印建筑是通过3D打印技术建造起来的建筑物。3D打印建筑的工作原理体现在,它是由一个巨型的三维挤出机械构成一个巨型3D打印机。在打印机的挤压头上使用齿轮传动装置来为房屋建造基础和墙壁,最终直接制造出建筑物的整体。
1.2 3D打印建筑的优势
①3D打印建筑的成本比传统建筑低,它十分适用于贫困群体居住和紧急安置住房,因此具有一定的需求层面。3D打印建筑建设时间短,20h可以打印出来一所300m2的房屋,在自然灾害等突发状况发生后十分适用。并且它可操控性强,可以定制成不规则的建筑物及构筑物,在满足规范后甚至可以用于建造别墅、农村住宅、高层住宅等,3D打印建筑需求层面还可以可接受的。
②3D打印建筑解决了传统建筑的单一外观问题,现在已经可以制造出曲面造型。设计师在未来可以通过想象创造建筑,在改变建筑结构形式的同时也为建筑领域的发展增添了新的活力。这些新的活力也会促进其他产业的发展,如信息技术、BIM、材料科学,如果3D打印建筑在未来得到普及,那它的影响力将会无穷。
③未来的3D打印机可能变成将建筑物的管道、墙面抹灰、装饰等多种功能合而为一的多功能打印机,因此建筑物的处理上具有更大的灵活性。同时,远程操作功能若使用在3D打印机上,那么人工耗时又会有一定的降低。
2 3D打印技术在建筑工程中的应用
2.1将建筑设计与施工有机结合
为了确保3D打印技术在建筑施工中的应用范围进一步扩大,并充分发挥出这一技术的优势,就要考虑到建筑设计会受到相关因素的影响,不断拓展设计思路,要将建筑设计方案与施工的实际能力相结合。在传统的建筑设计中,通常需要明确设计图纸的内容,虽然设计师会有很多创意,但并不是所有的内容均可以通过图纸进行全面的表达。采用3D打印技术就可以展示出设计师的创新思路,其主要是通过构建三维模型,并将数据及时导入其中,就可以展示出建筑的整体结构,信息清晰明了。根据这一模型展开建筑施工,不仅可以丰富设计思路,还可以确保建筑的风格更加独特。随着3D打印技术的不断发展,用户可以根据自身实际需求对建筑进行设计和施工。
2.2实物化,缩短工期
在建设过程中,安全性是一个重要问题,通过3D打印技术制作出的建筑构件能够满足安全性的要求。并且,在建筑设计阶段,通过BIM软件建立的模型即使已经足够具体化但在实际操作中还需要人们想象。
由3D打印技术制作出的实物模型可以完美解决该问题,彻底实现将想象化为具体,为施工带来极大的便利。此外,3D打印建筑将复杂变具体,解决了传统建设施工中的一系列繁琐程序,实现了一体化操作,加快了建筑效率,节省了工期。
2.3材料性能不断提高
传统的建筑材料所带来的限制比较多,在3D打印技术的支持下,建筑材料将会更加丰富,比如,陶瓷或黏土。随着3D打印技术的不断发展,建筑材料中还会涌现出纤维材料、化学材料或复合材料。通过3D打印技术可以及时利用剩余的建筑材料,并对其进行相应的重构,就可以确保废物得到充分利用,降低施工成本。由于3D打印技术对于建筑材料的要求比较高,需不断提高材料的物理属性,因此,建筑材料性能将会越来越高,质量也会更有保证。在3D打印技术的支持下,传统的混凝土材料会发生变化,在混凝土中会融入特殊的水泥或树脂,这样就可以满足3D打印技术的要求。
2.4成本低廉,保护环境
3D打印建筑的“油墨”价格低,在生产“油墨”过程中它省去了制造传统建筑材料过程中的中间过程,最终促使在建设过程中总成本可降低50%～60%。并且在建造过程中3D打印技术数字化操作过程无噪声,不产生扬尘,有助于保护环境,更加得宜人宜居。
2.5日益多元化
3D打印技术将会应用到更多领域之中,并迈向多元化方向。3D打印设备不仅可以确保建筑施工顺利进行,还能够负责进行装修,并对一些特殊的支撑结构进行构造。人工智能技术会与3D打印设备有机结合,并实现远程操控,提高设备的适应性,使设备能够通过自我检查的方式及时进行故障的排查。可以将3D打印设备应用在制造业之中,还可以将其应用在航天事业之中,由此可见,3D打印技术具有非常广泛的发展前景。
3 3D打印技术在建筑工程中的应用发展
在3D打印房屋火热建造的同时,我们不禁会产生疑问,3D打印房屋是否坚固耐用以及安全性如何,通过研究和试验3D打印房的强度和使用年限,3D打印机使用了经过特殊强化处理的混凝土材料,从理论强度和使用年限上,都大大地超过了钢筋混凝土结构,也就是说它的强度是没有问题的。但在刚度和耐久性等综合性能上,还需要在长期使用的过程中加以验证。对于结构的稳定性上,3D打印可任意设计墙体结构,一次性解决墙体的承重结构问题,未来可应用于桥梁、简易工房、剧院、高层等建筑中。
3D打印建筑在未来将得到广泛的应用。对于3D打印技术的应用范围,它不仅局限于建筑行业,它还可以应用于我们的日常生活,例如家居用品、儿童玩具以及服装制造业,还可以用3D打印技术来建造建筑模型,人像模型、医疗器械模型等,3D打印技术应用于工业制造、生物科技、医疗、军事等领域也是起到了十分重要的作用。
结语
总之,随着3D打印技术走向建筑行业之中,充分发挥出其自身的优势,在提高施工效率、降低施工成本之余,还可以实现对环境的保护,完成高难度的项目操作,保障施工人员的人身安全。由于3D打印技术仍处于初级探索阶段,其对于建筑材料的要求比较高,而且不能对打印过程进行更改,因此,现有的3D打印技术并不能完全应用到建筑施工之中。随着各种技术的日益完善,3D打印技术的适用范围会不断扩大,建筑材料的性能也会日益提升,建筑工程的质量会更上一层楼。
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