3D混凝土打印技术将颠覆传统建筑业

　  　　3D打印以数字模型文件为基础，通过逐层打印的方式来构造物体，形成“数字化制造”。而将3D打印运用于建筑领域则发展为一种新型的建造技术——3D混凝土打印技术，也叫做3D“水泥印刷”。3D混凝土打印技术意味着我们在未来可以直接打印各种大楼、桥梁等构造。该技术可以让建筑师享受艺术自由，摆脱当前传统建筑方法的束缚。

　　建筑业是世界经济中最大的产业之一，全球总价值约10万亿美元(相当于GDP的13%)。但与其他行业相比，建筑业近几十年的生产力和效率低下。自20世纪50年代以来，农业和制造业的生产率提高了10~15倍，而建筑业的生产力水平仍然停留在80年前。造成这种结果的主要原因是建筑业仍然是手工建造，而其他行业已经在数字、传感和自动化技术的使用方面取得了重大进展。

　　澳大利亚斯威本科技大学(Swinburne University of Technology)杰伊•桑利亚安(Jay Sanjayan)教授领导的研究小组将3D打印混凝土视为解决这些问题的可能方案。他们认为该技术能够使建筑师自由地为新结构注入更多创意。

　　传统建筑业施工面临的问题

　　现代化的民用基础设施几乎完全用混凝土建造，每年使用的混凝土超过200亿吨。传统建筑行业面临着许多严重的问题，包括施工现场低下的劳动效率和频频发生的事故。根据澳大利亚统计局的数据，建筑业的工伤率最高达到5.9%(每1000名工人中有59人)。

　　此外，建筑工地的质量控制存在更多困难：高水平的废物和碳排放，高额的成本以及管理大型工作场所的技术劳动力正在消失。而3D混凝土打印等颠覆性技术可以提供解决方案。

　　3D混凝土打印的优势

　　3D混凝土打印技术通过添加材料层来构造对象。传统的施工方法涉及将混凝土浇注到模具(称为模板)中。但添加材料层结构可以将数字化技术与材料技术的相结合，在不使用模板的情况下进行自由形式的构造。

　　消除模板成本是3D混凝土打印技术的主要经济驱动力。使用木材等建筑材料，模板约占混凝土施工总成本的60%。同时，建筑材料也是一种重要的废物来源，因为它迟早会被丢弃。根据2011年的一项研究，建筑业丢弃的建筑材料占全球废物总量的80%。

　　将混凝土浇注到模板中也限制了建筑师创造独特建筑结构的创造力，而且定制模板需要高昂的成本。而自由形式的添加材料层可以增强建筑的可能性，生产结构部件的成本与形状无关，使建筑师彻底从传统建筑结构的固定模型设计中解脱出来。

　　3D混凝土打印的用途

　　正在探索的3D混凝土打印技术可以用于建造房屋、桥梁、建筑物甚至是风力涡轮机塔架。下面举两个例子，分别是利用3D打印技术建造的别墅和钢铁大桥。

　　3D打印别墅北京市通州工业园区有一座别墅，是全球首座3D现场整体打印的建筑物，它不同于以往国内外的3D打印建筑，该别墅是现场“整体打印”，将机器人手臂连接到3D打印机头，施工45天完成。

　　用于混凝土打印研究的3D打印机

　　钢铁大桥MX3D研究和发展公司利用3D混凝土打印技术“打印”出一座钢铁桥梁。该桥长约24英尺，位于荷兰阿姆斯特丹市中心，拥有非常复杂的几何学设计。该公司利用建筑专用3D打印机器人历时两个月便完成了一座精美的钢铁大桥。

　　当涉及构建非直线形状时，3D混凝土打印技术具有优于传统构造方法的优点。然而，该技术研究领域仍处于起步阶段。混凝土3D打印技术发展的最大障碍是混凝土本身。目前，常规形式的混凝土不适合3D打印，因此需要开发新的替代品;而且在实际打印混凝土时，需要特殊的打印机。研究人员正在探索各种类型的混凝土和用于3D混凝土打印的新型打印机或机器人。不过，我们相信3D混凝土打印技术将会迅速地发展，并将颠覆传统的建筑行业，而且它的建筑也将惊艳世界。

来源： 科学媒介中心