3D打印建筑材料相关概念辨析

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1、第24卷第3期天津建设科技建筑工程2014年6月TianjinConstructionScienceandTechnologyConstructionalEngineering3D打印建筑材料相关概念辨析□文/李志国陈颖简凡捷摘要：目前基于计算机控制的快速成型技术日臻成熟，3D打印建筑也在全世界不同的国家和地区开始出现并得到关注。文章在美国、荷兰、英国及我国上海出现的3D打印建筑的基础上，针对3D打印建筑、材料、工艺、性能等一些基本问题进行分析研究，以求在打印方式、材料性能、力学结构、保温绝热、施工操作等方面，探求3D打印建筑相关的概念、机理，为

2、3D打印建筑的研究、开发、应用提供有益的思路。关键词：3D；打印；建筑；材料国内外迅速崛起3D打印建筑是基于计算机控制速成型。这样3D打印就可在CAD设计基础上的直接打的3D打印设备，通过打印叠层材料技术建造起来的建印产品，真实的创建从图纸电子文件到实物快速生成筑物。的连接平台，为产品设计与制造一体化，使得这一技术目前研究的3D打印建筑的设备主要是由一个龙如今可在机械制造、模具成型、建筑模型及实体建筑制门架完成X方向行走，悬挂于龙门架上的打印头在一作、汽车等复杂零件加工等许多高科技领域得到广泛定区域内完成X、Y、Z方向打印，打印头上方的悬挂杆的应

3、用。完成大尺度Z方向运动的三维结构，来为房屋创建基1.33D打印建筑础和墙壁，直接制造出建筑物。3D打印建筑的机械原理是靠龙门架行走机构实现美国宇航局和美国军方支持并资助了美国南加州X轴方向的运动；靠横梁实现Y方向的运动；靠打印头大学工业与系统工程教授比洛克·霍什内维斯的项目。上部的打印杆实现Z方向的运动。靠打印头自身的伸荷兰宇宙建筑公司的JanjaapRuijssenaars，2013年缩和转动，实现打印喷头的局部运动，从而通过打印出1月表示他们计划在2014年内用3D打印技术建造一建筑物的“平面层”的不断堆积，生成不同的建筑结构，栋名为“La

4、ndscapeHouse”的建筑。2014年3月上海盈见图1。创新材料公司已经在中国上海张江高新青浦园区在24h内完成了10栋3D打印建筑。1基本概念1.13D打印3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上[1]是利用光固化和纸层叠等方式实现快速成型的技术。它与普通打印机工作原理基本相同，打印机内装有粉图13D打印机构动作原理末状树脂、金属或塑料类其他复合型的可粘合材料，与美国南加州大学工业与系统工程教授比洛克·霍电脑连接后，通过一层又一层的多层打印方式，最终把什内维斯一直在研究一种新工艺。这种新工艺使打印计算机上的蓝图变成实物。技术在不到2

5、0h的时间内建造一幢面积232.3m2的建1.23D快速成型筑。该项目获得美国宇航局和美国军方的支持和资助。日用产品如锅碗瓢勺的模具，工业产品如汽车发霍什内维斯相信他的项目可以为全世界大约10亿急动机等复杂模型、大型发电机叶片或航空航天等零部需改善住房条件的人提供足够住房。他把该工艺称为件模具等，都可以采用计算机控制的3D打印技术来快“轮廊工艺”并且很希望在将来某天看到成为现实。8第24卷第3期建筑工程2014年6月李志国，等：3D打印建筑材料相关概念辨析ConstructionalEngineering1.43D打印材料济适用的推广，仍有漫长的

6、路要走。目前3D打印建筑所采用的材料还不成熟。我国上2.2打印材料的性能海采用的是建筑物废弃材料，将其粉碎磨细，加水泥、1）强度。打印材料的强度高低，决定了其可以在何纤维、有机粘合剂等，制成牙膏状的“油墨”，进行打印。种高度的建筑中使用。目前各国试验的3D打印建筑多荷兰的专家采用了树脂及塑料类的材料；美国人采用为1～2层。这样建筑的材料抗压强度可在1.5～3.5了树脂砂浆类、粘土类、混凝土类材料进行3D打印建MPa就能使建筑物矗立，即可达到临时应用或展览筑试验。的目的。1.5材料层叠粘和结构在日本、美国，1～2层建筑就能满足住宅建设需目前的3D打

7、印建筑的技术原理是通过打印“喷要，而在其他国家和地区，多层、小高层、高层以及超高头”分层吐出膏体状的打印材料，打印材料按墙体尺寸层建筑量大面广，需求巨大。但要使打印材料能满足多形状被层叠而形成类似胶合木的从L1～L5的层叠粘层甚至小高层建筑在7度地震烈度地区的安全要求，则和结构。这种层叠结构单层厚度约20～30mm，竖直墙适于3D打印建筑的材料最低抗压强度要达到20.0面层与层间的凸凹约15～20mm。从墙面建筑装饰效果MPa，要满足高层、超高层建筑相同地震烈度地区的安看类似毛坯房，见图2和图3。目前单层打印材料物理全要求，抗压强度应达到35.0

8、MPa以上。力学性能和粘接层对墙体整体性的影响，还待深入研2）保温节能。我国推广实行建筑节能政策。采用加究。气混凝土、多层复合墙体能满足