3D 打印是否已准备好迎接建筑行业？2020 年最新进展

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3D 打印正成为建筑领域的变革性力量，承诺更快的建造速度、更低的成本和前所未有的设计自由度。尽管仍处于早期阶段，该技术已为更可持续、高效和有韧性的基础设施铺平道路。

3D 打印如何助力建筑行业

当今建筑业面临诸多挑战：浪费、设计灵活性受限、劳动力短缺和物流障碍。3D 打印通过以下方式应对这些问题：

设计灵活性

与传统方法不同，增材制造通过逐层堆积，能够实现复杂几何形状、有机曲线和定制化立面，这是以前无法实现的。

减少材料浪费

通过仅在每层沉积所需材料，3D 打印最大限度地减少了多余材料。结合回收或本地采购的原料，这显著降低了环境足迹。

减少劳动密集型工作

自主或半自主打印机将常规任务从人工转移到机器，减少工时并降低现场事故风险。

加速施工进度

现场 3D 打印机消除了对预制模板的需求，缩短工期并降低运输成本。许多构件的制造周期从几周缩短至几天。

建筑领域的关键 3D 打印技术

不同的增材制造方法针对特定的建筑需求：

混凝土挤出

由 Contour Crafting 的 Behrokh Khoshnevis 首创的浆料挤出技术，利用机械臂或起重机挤出混凝土、陶瓷或聚合物。ICON、CyBE、Apis Cor 等领军企业不断优化工艺，交付坚固耐用、类似浇筑的结构。

电弧丝增材制造（WAAM）

WAAM 利用电弧熔化金属丝，逐珠堆积在基材上。它可处理铝、钢和钛，适合制造大型承重部件，如桥梁（例如 MX3D 的钢桥）。

用于模板的粘结剂喷射

粘结剂喷射用液体粘结剂融合粉末材料，制造用于混凝土浇筑的复杂模具。该方法允许复杂的倒扣和精细立面，同时大幅缩短制造时间。

真实项目展示 3D 打印应用

3D 打印墙体

中国的盈创（Winsun）利用一台 100 米长的打印机，制造空心水泥-砂-纤维墙体，建成了一栋五层公寓楼和一座 12,000 平方英尺的别墅。这些墙体随后被运输、加固并在现场组装，大幅减少了劳动力和材料使用。

迪拜的宏伟愿景

迪拜的目标是让 25% 的新建筑采用 3D 打印。2019 年，Apis Cor 与迪拜市政局合作，在现场建造了一座两层、建筑结构复杂的建筑，使用本地采购的石膏基混合料。露天打印展示了其在恶劣气候下的韧性。

桥梁

马德里拥有世界首座 3D 打印混凝土桥。荷兰增设了一座 8 米长的自行车桥，由 800 个打印模块在三个月内组装而成。MX3D 的钢桥配备传感器，在被安排横跨阿姆斯特丹运河前经受了 20 吨负载测试。

室内设计

伦敦的 Bottlepot 店铺展示了完全由可持续聚合物 3D 打印的室内空间，展现了增材制造如何在减少浪费的同时实现艺术表达。

建筑模型

3D 打印彻底改变了模型制作，提供快速、高性价比的原型，加速设计迭代并缩短开发时间。

建筑构件

英国承包商 Skanska 为 6 Bevis Marks 商业中心生产聚合物幕墙节点，证明了 3D 打印在大规模立面构件上的可行性。

3D 打印模板

Gate Precast 与橡树岭国家实验室合作，利用 BAAM 技术为纽约一座 42 层大楼打印碳纤维增强 ABS 模具。每个模具打印耗时 8-11 小时，机加工 8 小时，可支持多达 200 次混凝土浇筑——比木模提高 10 倍。

大规模采用的障碍

尽管前景广阔，3D 打印仍面临挑战：

• 质量保证——打印房屋是否与传统建造一样耐用？持续测试对于满足防火、抗震和寿命标准至关重要。
• 法规空白——建筑规范必须演进以适应新材料和工艺。
• 技能要求——操作员和设计师需要专业培训，增加前期投资。
• 材料限制——当前原料有限；研究正在拓展混凝土配方和生物基复合材料。

建筑领域 3D 打印的未来

全尺寸、全打印建筑仍是长期目标。近期来看，增材制造将在制造复杂构件——接头、立面和模板——方面大显身手，利用其设计自由度同时减少浪费。现场打印将逐步推动行业向更高的可持续性、灵活性和自动化迈进。