3D打印技術(shù)在建筑業(yè)的革命：建設(shè)更為高效和可持續(xù)的未來

3D打印，也稱為增材制造（AM，additive manufacturing），自幾十年前該技術(shù)最初構(gòu)思以來，3D打印技術(shù)在建筑領(lǐng)域的崛起標(biāo)志著建筑業(yè)的一場革命。近年來，隨著開源技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，3D打印越來越受歡迎，大公司和個(gè)人愛好者現(xiàn)在都可利用這項(xiàng)技術(shù)來構(gòu)建從汽車零件到假肢甚至覆蓋了小工具和小發(fā)明的一切。

但這項(xiàng)技術(shù)最好的應(yīng)用之一可能也是它最不受歡迎的——建筑。

IEEE高級(jí)會(huì)員Shailaja Patil表示：“3D打印是一種快速發(fā)展的技術(shù)，有可能徹底改變建筑業(yè)。通過允許快速高效地生產(chǎn)復(fù)雜的建筑組件，3D打印能夠在現(xiàn)場和場外創(chuàng)建高度可配置的結(jié)構(gòu)。”

該技術(shù)通常涉及建筑中常用的材料，如混凝土。

IEEE高級(jí)會(huì)員Manpreet Singh Manna將3D打印描述為“一個(gè)使用計(jì)算機(jī)控制的打印機(jī)逐層構(gòu)建3D項(xiàng)目的過程”。

Singh Manna表示，在建筑行業(yè)，3D打印尤其有益，因?yàn)樗鼮榻ㄖ煛⒐こ處熀徒ㄖ涕_辟了一個(gè)充滿可能性的新世界。

此外，3D打印在建筑中的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益不容忽視——畢竟，根據(jù)世界綠色建筑理事會(huì)（World Green Building Council，https://worldgbc.org/advancing-net-zero/embodied-carbon/#:~:text=Buildings%20are%20currently%20responsible%20for,11%25%20from%20materials%20and%20construction.）的數(shù)據(jù)，建筑施工占全球碳排放量的11%。

Patil說：“3D打印使建筑業(yè)能夠提高可持續(xù)性，同時(shí)減少開支，最大限度地縮短施工時(shí)間。這項(xiàng)技術(shù)在建筑實(shí)踐中確實(shí)可以看到更環(huán)保的潛力發(fā)展，一些公司甚至在探索用替代材料、，如泥漿、回收塑料和竹子。”

Patil表示，3D打印在建筑中的應(yīng)用方式多種多樣，包括：

• 組件預(yù)制：在場外制造部件，然后將其運(yùn)輸?shù)叫枰牡胤剑瑥亩鴾p少施工時(shí)間和成本。

• 模板印刷：制作復(fù)雜的形狀和設(shè)計(jì)來創(chuàng)建模板或模具，方便結(jié)構(gòu)的鑄造，有助于減少對傳統(tǒng)模板的需求，這可能既耗時(shí)又昂貴。

• 現(xiàn)場制造：在建筑工地使用大型3D打印機(jī)來開發(fā)整個(gè)設(shè)計(jì)，這通常比傳統(tǒng)的建筑方法更快、更具成本效益。
  

• 混凝土印刷：將混凝土分層印刷，以創(chuàng)建各種（通常是復(fù)雜的）結(jié)構(gòu)，從而減少開發(fā)某些形狀和設(shè)計(jì)所需的工作量。
  

當(dāng)涉及到大型建筑項(xiàng)目時(shí)，AM可以大規(guī)模用于創(chuàng)建整個(gè)建筑，甚至基礎(chǔ)設(shè)施。

Singh Manna說：“可以利用大型3D打印機(jī)開發(fā)墻壁、地板和屋頂?shù)炔考员悻F(xiàn)場組裝。在住宅建設(shè)方面，這種方法有很多優(yōu)點(diǎn)，包括更快的施工時(shí)間和更低的成本，但它也適用于物理基礎(chǔ)設(shè)施——事實(shí)上，過去幾年，阿姆斯特丹和孟買都使用這種方法建造了人行天橋。”

隨著底層AM技術(shù)——設(shè)計(jì)軟件、機(jī)器人和自動(dòng)化以及材料科學(xué)——的改進(jìn)，我們將能夠以更高的精度和效率打印更大、更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

Singh Manna說：“雖然3D打印在建筑中的應(yīng)用還不普遍，但它正在迅速普及。”

Patil對此表示贊同。

“3D打印在建筑和工業(yè)領(lǐng)域的未來令人興奮，充滿了可能性。”