3D打印建筑技术,从现在开始,最好的时候即将到来
2018-8-29
    想必3D打印实体建筑大家都听说过,如果以后3D打印实体建筑技术在国内普及,你想打造一个怎样的家?
距“ 3D打印建筑”这一概念问世短短三四年时间里,世界各国的建筑设计公司都在进行自己的实践和研究,尽管3D打印仍停留在打印样板房阶段,但凭借着省人力、成本低、速度快、环保,其潜在发展前景已获得业内认可。
  3D打印自1983年查克·赫尔(Chuck Hull)发明3D打印技术以来,该技术陆续在交通运输、工业设计、电子机械、生物医学以及其他领域都有所应用,不断刷新着人们的现有认知。
  历数近几年来3D打印技术的发展成果,会发现该技术从未中断过亲近人类的脚步。2010年11月,美国Jim Kor团队打造出世界上首辆3D打印的汽车Urbee;2011年8月,南安普敦大学的工程师开发出世界上首架3D打印的飞机;2012年11月,苏格兰科学家利用人体细胞首次3D打印出人造肝脏组织;2013年11月,美国3D打印公司“固体念”(SolidConcepts)设计制造出世界首个3D打 印金属手枪;2014年10月,英国Pi-Top团队推出世界首款3D打印笔记本电脑。
想象一下 3D技术怎么打印建筑的?
一件偌大的仪器快速移动,向前伸出的细长杆顶端正源源不断地喷出灰色软泥条,一条一条的软泥呈Z字排列,层层叠加,没几个来回,一堵高墙就此砌好。
虽然,这一奇幻的过程就像是将奶油裱花的动作放大几十倍,但与绵软的奶油不同,刚刚拔地而起的这堵墙瞬间已变得牢不可破,就算是将一根巨大的螺钉敲进墙体,再于螺钉顶端悬挂20公斤重物,这堵墙都纹丝不动。
这就是被誉为“全球未来改变世界的十大技术之首”的3D打印技术在建筑领域的真实应用。
3D打印模块化住宅技术
3D打印,诞生于20世纪80年代,这是以一种数字模型文件为基础,运用粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术原理很简单,它通过计算机辅助设计(CAD)或计算机动画建模软件建模,再将建成的三维模型“切片”成逐层的截面数据,并把这些信息传送到3D打印机上,3D打印机会把这些切片堆叠起来,直到一个固态物体成型。
近年来3D打印的火爆把公众的视线引入到3D打印建筑的身上。英国拉夫堡大学发起的“自由形式建造”(Freeform Construction)项目获得英国工程和自然科学委员会的资助,开发出一台添材制造机器,它能用混凝土打印大型构件;美国麻省理工大学的设计师Neri Oxman将一个机器人手臂改制成3D打印机,使用“混凝土”作为打印材料,她认为很快就能实现3D打印建筑;荷兰建筑事务所(DUS)的建筑师正在利用一台名为Kamer Maker的大型3D打印机“建造”一栋住宅建筑——Canal House;英国的Softkill Design项目、开源建造项目——Wiki House、打印虚拟体育备打印出的10间样板房。目前南加利福尼亚大学(USC)的贝洛克·霍什内维斯(Behrokh Khoshnevis)教授发明的“轮廓工艺”(Contour Crafting)和意大利的工程师恩里克·蒂尼(EnricoDini)发明的D Shape是3D打印建筑技术的代表。
3D打印技术的发展趋势
3D打印实际上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,打印机内装有粉末状金属或塑料等可黏合材料,与电脑连接后,通过一层又一层的多层打印方式,最终把计算机上的蓝图变成实物。
(1)从设计方面来讲
建造房子无需繁杂的设计流程,各分专业设计人员共同在一个三维的模型中,完成各自的设计,也许有一天我们能从网上直接下载我们想要的建筑模型。对于建筑造型来说,传统建造中难以实现的曲面造型在打印机那里变得简单,这对追求自由化造型的建筑师是绝对的好消息。3D打印建筑技术,从现在开始,最好的时候即将到来!对于传统建筑设计,建筑师习惯用图纸表达出来,而构造复杂的造型有时是无法想象的,靠图纸表达很不现实,未来的建筑设计也许不再是设计造型,而是设计一种算法来创造建筑。
(2)从材料方面来讲
对于陶瓷和黏土等材料的使用已开始探索,为配合3D打印建筑的需要,未来可能会出现许多纤维材料、复合材料、化学材料、智能材料等特殊材料。对材料性能要求不断提高,材料研究向微观方向发展,新型材料更加符合建筑材料的标准。其次在配合比设计方面,可能还需要有新的理论来支持,混凝土各项性能发生了巨大变化,其硬化、收缩性能发生根本性改变,目前的混凝土强度理论、耐久性能理论、水化作用理论等均不能适应要求。最后,在混凝土生产供应上也将发生较大改变。3D打印建筑技术促进工程建设行业与制造行业融合。
(3)从功能技术层面来讲
未来打印机可能朝着多功能方面发展,成为能够独立打印建造轮廓、打印钢筋、打印装饰面、安装管道、刷漆、贴瓷砖等多功能建造机;能够打印无需临时支承的悬空或挑空结构,这对建筑结构的选取提供了更大的灵活性;具备远程操控功能和人工智能也是打印机发展趋势,打印机将会适应恶劣工作环境,实现打印过程中的自我检测和修复。
打印建筑远比打印其他东西难度更大,目前3D打印建筑都还处于试验阶段,还有许多问题有待解决。3D打印建筑技术目前还不能一次性完整打印大型建筑物,而更多的是通过打印构件来进行拼装,对于广泛使用的高层建筑更无法进行打印。
简单说来,3D打印就是一种快速成型的技术。它与普通打印的工作原理基本相同,打印机内装有粉末状金属或塑料等可粘合材料,通过电脑控制以利用光固化和纸层叠等技术来构造物体。与其他应用领域相比,新兴领域3D打印建筑才刚起步,目前仍停留在打印样板房的阶段,距大规模量产尚有距离。但其凭借着省人力、成本低、速度快、环保绿色的优势,未来势必掀起工程建筑领域的革命,其潜在的发展前景已获得业内认可。
该技术与传统建筑相比,不需要数量庞大的建筑施工队伍和繁琐费事的模版支护和拆卸,高效的喷筑式一体化集成施工,可以有效提高生产效率,最快建造速度可达到1天一幢房。
除了精准、快捷,3D打印建筑的优势还有绿色环保、成本低廉。
45天3D现场打印出400平方米的双层别墅
  据了解,该别墅的施工时长仅为45天,打印过程中几乎没有人力介入,只需技术专家监督建造过程。经质量检测显示,该建筑物的抗震级别达八级以上。
  该别墅的打印原材料为普通标号的混凝土和钢筋,地基和墙体用钢筋20吨,C30混凝土380立方米。3D打印建筑技术,从现在开始,最好的时候即将到来!墙体楼层板都按规范要求用钢筋绑扎,采用3D打印机直接浇筑成型技术,全程由电脑程序操控。相较于传统的建筑方法,3D打印建筑几乎没有原料浪费,工业垃圾少,从而降低工程总造价。
  3D打印建筑的原材料多是沙子和黏合剂,但黏合剂带有化学成分,时间一长容易发生化学变化。但这栋别墅使用的是混凝土和钢筋,与传统建筑相符,更符合行业要求。这栋别墅是华商腾达试验3D打印设备的试验品,去年完工,不对外出售,一层将用作“样板间”进行展示,二层将用作员工的办公用房。
  最先报道此事的外媒3DPrintBoard将华商腾达称为“是同行盈创建筑科技(上海)有限公司(下称盈创科技)的主要竞争对手之一”。盈创科技成立于2002年,是一家专注于从事建筑新材料研发、生产的高新技术企业,近两年来在3D打印建筑领域硕果颇丰。2014年3月,该公司于24小时内3D打印 出了10栋别墅毛坯房;2015年1月,该公司3D打印了一栋高15米的6层公寓楼,和一所1100平方米的别墅,为当时世界最高的3D打印建筑。
  就在盈创科技崭露头角之时,却遭到了“轮廓工艺”3D打印技术的发明者,美国南加州大学教授比赫洛克·霍什内维斯(Behrokh Khoshnevis)的诟病。教授声称盈创科技剽窃了他有关3D打印技术的创意,侵犯了其专利,他的团队正准备采取法律手段。教授还对盈创科技所声称的可3D现场/整体打印技术表示怀疑,他认为该公司实际上是“在工厂里的巨大不可移动设备将其分成几部分造好”,再运输到现场使用其他施工方法拼接而成。
  3D整体/现场打印建筑技术,与普通3D打印建筑技术的主要区别在于建成方法。目前全球范围内的3D打印建筑基本都是事先在工厂预置好,然后运送到施工 现场进行拼装,人力物力耗费巨大。而3D现场/整体打印建筑技术的最大优势就在于可在施工现场完成打印,无需模板和拼装,节省各项成本。
  目前国内只有华商腾达掌握了3D整体/现场打印建筑技术,这要归功于该公司自主研发数年的多功能一体化打印设备。该设备长20米,宽和高均为6米,配有 可移动的巨型喷头,控制软件包括电子配料系统、搅拌系统、输送系统和3D打印系统。华商腾达表示,这款多功能一体化打印设备可被用来打印任何尺寸和形状的 建筑物,包括高层及非常规形状的。
  如果以后3D打印实体建筑技术在国内普及,你想打造一个怎样的家?下面就来细数一些全球颇具特色的3D打印建筑。
  荷兰——世界第一座3D打印建筑“风景屋”
  2013年1月,荷兰建筑设计师Janjaap Ruijssenaars和艺术家Rinus Roelofs设计出了全球第一座3D打印建筑物,设计灵感来源于莫比乌斯环,因其类似莫比乌斯环的外形以及其像风景一样能够愉悦人的特征,故得名为 Landscape House(风景屋)。该建筑使用意大利的“D-Shape”打印机制出6×9米的块状物,最后拼接完成。该建筑预计在荷兰和巴西两处开工。
  美国——可分解的3D打印建筑
  2013年8月,美国加州奥克兰的设计工作室完成了世界上第一个3D建筑体,建筑物的长宽均为10英尺(约3米),高8英尺(约2.44米)。该建筑由585个联锁组件构成,共耗时10800个小时进行3D打印,最后拼装花费了4天。所有组件都采用聚乳酸这种生物塑料制成,可以随着时间分解,制造出无数个微型栖息地。
  荷兰——3D打印“运河屋”
  2014年,荷兰阿姆斯特丹宣布在一条运河旁建造世界上第一座3D打印房屋,由荷兰DUS建筑师事务所设计,共有13个房间。该建筑的最终形态将类似传 统的荷兰运河房屋,因此将其命名为“运河屋”(Canal House)。先由约3.5米高的特大型3D打印机KamerMaker逐层打印熔塑层,凝固后形成塑料块,最后由工人搭建完成。目前,“运河屋”已经在阿姆斯特丹北部地区动工,预计2017年竣工。
  中国——3D打印中式庭院
  2016年3月,中国建筑公司盈创科技完工两幢面积分别为80、130平方米的3D打印中式庭院,造价为40万元。该建筑的设计和建造由董事长马义和亲 自操刀,按照3D打印建筑技术的特性,整体建筑设计超越了原有苏州园林的古建筑体结构和布局,将现代审美元素和高科技技术结合在一起。
2016年5月24日,全球首座3D打印的办公室在阿联酋迪拜国际金融中心落成。该单层建筑占地面积为250平方米,打印材料为一种特殊的水泥混合物, 施工时长仅为17天,总造价1.4万美元(约合9.3万元人民币)。该建筑的各个部件由一台高6米、长36米、宽12米的巨型3D打印机制造。中国公司盈 创科技负责3D打印了该建筑的主体部分,后由施工方仅用2天拼装而成。
对于盈创带着中国3D打印建筑,一路走向世界,收获不少好评,我国政府也看在了眼里。
就像复旦大学管理学院宁钟教授所说,我国新技术出现总是先投入实践,经过实践检验之后由地方政府参考龙头企业生产标准,制定地方上的标准,随着产业的规模扩大,再由国家参考地方标准制定全国范围内的行业标准,鼓励和规范新技术发展。
宁钟还说,这样的技术标准,过早出现或过晚出现都不好,只有在那个点上出现,既不造成垄断,也不纵容混乱,才能更好地发挥它应有作用。
马义和说,他们最新在上海开工的盈创3D打印产业园项目选择了与上海建工这样知名的施工方合作,这一完全由3D打印建筑技术建造而成的“生产+研发+办公”基地,在上海建工背书后,建筑质量和建筑水平的可信度又会跃上一个台阶,而有影响力、被广泛认可的作品才是推动3D打印建筑技术标准尽快出台的最好动力。
“不出意外,上海参考盈创生产要求制定的3D打印建筑技术标准,年内就可以出台了,下一步,我们的目标是争取国家也参考我们生产要求,在明年把标准的这个事情做出来。”
对于观察者网提出的问题,“政府调控楼市,钢铁水泥等行业都会因此低迷,盈创会害怕楼市调控对企业产生的负面效应吗?”马义和说,“优秀的技术和优秀的企业是不害怕竞争的,在我看来,房价降了最好,房价越将,越能将3D打印建筑技术成本低廉、绿色环保、优质先进的长处突显出来。”
或许,对于这家蜚声海外,却在国内还没有充分施展开拳脚的中国企业来说,从现在开始,最好的时候即将到来。
 

 

版权所有:杭州意林装饰工程有限公司 地址:杭州市清江路9号
电话:0571-85232113/81708559 传真:0571-85232113
>