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蓋房子能像打印機(jī)打印東西一樣？都知道現(xiàn)在的建筑施工都是在設(shè)計的基礎(chǔ)上，通過搭建鋼筋結(jié)構(gòu)后，進(jìn)行混凝土澆筑形成的。最常用的原材料就是鋼筋、水泥、砂石材料還有混凝土外加劑。如果不是親眼所見，恐怕很難相信，正在建設(shè)中的小樓，一樓墻面全部是由懸掛在空中的噴頭“打印”出來的。日前，記者探訪世界首個3D原位打印二層示范建筑看到，小樓四周搭建著高大的金屬框架，懸掛在上面的打印頭可以在XYZ軸三個方向上自由移動，通過噴吐混凝土材料“蓋房”。
“打印機(jī)、噴頭、油墨、紙張”一樣不少，打印一層樓不到30個小時
3D打印建筑的基本原理與一般打印機(jī)一樣，要有打印機(jī)體、噴頭、油墨、紙張。如果把建筑四周搭建的金屬框架視作打印機(jī)的機(jī)體，那么噴吐混凝土的打印頭就相當(dāng)于一般打印機(jī)的噴頭，只不過它噴出的既不是油墨也不是一般的混凝土，而是為適應(yīng)3D打印的特點特別配制的打印材料。
眾所周知，傳統(tǒng)的建筑施工中，混凝土砂漿的材料特性決定了其澆筑不能間斷，要一次完成。3D打印建筑也同樣不能間斷，打印頭通過一圈一圈連續(xù)噴吐寬5厘米、厚2.5厘米的打印材料，經(jīng)過層層堆積建造墻面。但是問題來了，如果下層混凝土凝結(jié)慢，沒有形成足夠的強(qiáng)度，就無法支撐上層材料的重量，導(dǎo)致墻面變形甚至垮塌；如果凝結(jié)太快，又會出現(xiàn)和上層材料的黏合問題。實驗人員通過反復(fù)試驗，在一般的混凝土中添加了外加劑，通過調(diào)節(jié)材料黏稠度和凝結(jié)時間，解決了這一問題。
光有打印機(jī)、打印頭和打印材料還不行，“紙張”也同樣重要。在施工前，在地下預(yù)埋了鋼筋，這就相當(dāng)于‘打印紙’，在打印過程中，隨著墻體越來越高，工人趁著混凝土砂漿尚未凝固時可以像切蛋糕一樣在墻體底部開洞，為墻體內(nèi)的鋼筋籠與地基中的鋼筋焊接預(yù)留出空間，操作方便。
據(jù)了解，這棟即將整體完工的二層小樓位于工廠的鋼材鍛造車間旁，建成后將用于辦公和展示。與3D打印建筑構(gòu)件再拼裝不同，3D原位打印需要克服戶外環(huán)境變化帶來的一系列挑戰(zhàn)。建筑周邊有噴霧設(shè)施，用于打印中的保濕和打印后的混凝土養(yǎng)護(hù)，在一層打印完成后，至少需要養(yǎng)護(hù)3天時間，材料強(qiáng)度達(dá)到可進(jìn)行下一階段施工的條件。
省時、高效、環(huán)保、設(shè)計自由度高，3D打印或成現(xiàn)有技術(shù)有益補(bǔ)充
熟悉建筑行業(yè)的人都知道，混凝土澆筑需要模板，但3D打印建筑的施工現(xiàn)場卻沒有。從傳統(tǒng)工藝特點來說，混凝土結(jié)構(gòu)成型需要模具。尤其對曲面造型設(shè)計的建筑來說，不論是現(xiàn)場澆注成型，還是工廠預(yù)制構(gòu)件，模具制造成本高且不易實現(xiàn)。而建筑3D打印技術(shù)是基于計算機(jī)智能控制實現(xiàn)建筑構(gòu)件及建筑免模板的施工工藝，在曲面建筑和穹頂式建筑建造上具有明顯優(yōu)勢，同時為設(shè)計師自由創(chuàng)作提供了可能。3D打印技術(shù)無疑將推動制造業(yè)的數(shù)字化發(fā)展，在3D打印的世界里，建筑師、工程師和建筑工人將借助科技之力，將建筑與3D打印結(jié)合，完成對現(xiàn)有建筑技術(shù)的再造。除此之外，3D打印建筑還可大大節(jié)省建筑用料，降低施工成本。
近年來，中國建筑能耗總量逐年上升，在能源總消費量中所占比例已從20世紀(jì)70年代末的10%，上升到27.45%。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部建筑節(jié)能與科技司研究表明，隨著城市化進(jìn)程的加快和人民生活質(zhì)量的提高，中國建筑耗能比例將上升至35%左右。建筑3D打印可以充分利用打印智能控制，使建筑一次成型，節(jié)約材料60%，同時可減少建造過程中的工藝損耗和能源消耗。
韓國一家從事3D打印建筑的公司總裁曾向媒體表示：“3D打印建筑可以將建造住宅的施工費用降低到現(xiàn)在的1/10。假如一套6坪（19.83平方米）單間房施工費用是1億韓元，使用3D打印，可將費用壓縮到1000萬韓元。”
另一方面，3D打印建筑還能節(jié)約人力成本。這個項目建筑面積約230平方米，分為上下兩層，每層高度3.6米。打印部分為墻體和構(gòu)造柱，主體打印部分僅需3天。3D技術(shù)打印房屋全部使用機(jī)械自動化操作，以往要十二三名工人操作的項目現(xiàn)在用一半人就可以完成。
在中國逐步邁入老齡化社會、人力成本越來越高的形勢下，勞動密集型的建筑業(yè)發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)。可以預(yù)見，在用工成本不斷增加的今天，3D打印技術(shù)未來可能對行業(yè)變革產(chǎn)生巨大影響。
不過目前3D打印技術(shù)沒有真正批量應(yīng)用在建筑工程中。雖然3D打印具有無模板的優(yōu)點，但是打印墻體中的橫向鋼筋、豎向鋼筋、箍筋的布置和連接在目前的工藝中還不能有效解決。建筑3D打印技術(shù)與現(xiàn)有施工技術(shù)是互補(bǔ)的、相互依靠的關(guān)系。研發(fā)及應(yīng)用這一技術(shù)不是要替代現(xiàn)有施工技術(shù)，而是將其作為對現(xiàn)有施工技術(shù)的一個強(qiáng)有力補(bǔ)充。
國際建筑界普遍關(guān)注，中國3D打印建筑水平與世界同步
在慶祝中華人民共和國成立70周年大會群眾游行活動中，“奮進(jìn)上海”彩車上的中共一大會址、自貿(mào)區(qū)、陸家嘴等微縮建筑模型都是由3D打印技術(shù)制造的，再一次引發(fā)人們對3D打印技術(shù)的關(guān)注。這一誕生于上世紀(jì)90年代中期的技術(shù)又稱“增材制造”，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黏合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于珠寶、鞋類、航空航天、醫(yī)療產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域，在建筑方面的應(yīng)用還較為前沿。近年來，3D打印建筑在國內(nèi)外建筑界引起廣泛關(guān)注，相關(guān)探索層出不窮。中國盈創(chuàng)建筑科技公司曾在2015年1月用3D打印機(jī)建造了一個5層公寓。阿聯(lián)酋“OFFICE OF THE FUTURE”（未來辦公室）項目是全球首個采用3D打印技術(shù)完成的高檔辦公室項目。今年7月，太空灰3D打印團(tuán)隊宣布，完成了全球首座整體3D打印的混凝土拱橋。南京嘉翼數(shù)字化增材技術(shù)研究院有限公司用3D打印技術(shù)建成的垃圾投放站今年9月亮相南京江北新區(qū)。不久前，迪拜首座3D打印雙層建筑落成。
目前，國內(nèi)外建筑3D打印技術(shù)同步發(fā)展，中國建筑行業(yè)在某些應(yīng)用方面甚至已經(jīng)超越國外同行。3D打印建筑涉及學(xué)科多，缺少相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計規(guī)范。目前國內(nèi)的相關(guān)行業(yè)組織已經(jīng)成立，國內(nèi)外的業(yè)務(wù)交流活動也越來越多。
國內(nèi)第一個建筑3D打印領(lǐng)域的行業(yè)組織——中國混凝土與水泥制品協(xié)會3D打印分會于去年成立。中國建筑技術(shù)中心主編的《混凝土3D打印技術(shù)規(guī)程》已經(jīng)起草完畢，目前處于征求意見階段。首屆建筑3D打印國際會議去年11月在澳大利亞墨爾本舉行，今年10月落戶天津，由河北工業(yè)大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)聯(lián)合主辦。
《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》指出：“增材制造（3D打印）、機(jī)器人與智能制造、超材料與納米材料等領(lǐng)域技術(shù)不斷取得重大突破，推動傳統(tǒng)工業(yè)體系分化變革，將重塑制造業(yè)國際分工格局。”同時明確提出“打造增材制造產(chǎn)業(yè)鏈”。在國家政策引領(lǐng)下，國內(nèi)建筑企業(yè)在3D打印方面的探索正步步深入。
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山東華偉銀凱建材科技股份有限公司，專業(yè)生產(chǎn)混凝土外加劑，產(chǎn)品質(zhì)量有保證，值得信賴。主營產(chǎn)品：聚羧酸減水劑母液,萘系高效減水劑,混凝土速凝劑,透水砼增強(qiáng)劑等。
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