3D打印技术在建筑工程领域应用的调研报告(正式版).doc

调 研 报 告 题 目 3D打印技术在建筑领域的应用 院(系)别 机电及自动化学院 专 业 机械制造及其自动化 年 级 课程名称 现代制造技术 组 别 任课老师 目录 第1章 调研背景 2 第2章 3D打印技术国内外发展现状 6 2.1 3D打印技术国外发展现状 6 2.2 3D打印技术国内发展现状 7 第3章 3D打印技术的基本概念和原理 9 3.1 3D打印技术的基本概念 9 3.2 3D打印技术的基本原理 9 3.3 3D打印技术的基本过程 10 3.4 3D打印技术总结 13 第4章 3D打印技术在建筑工程领域应用 15 4.1 3D打印建筑技术 15 4.2 国外应用3D打印技术的实例 18 4.3国内应用3D打印技术的实例 18 第5章 3D打印技术应用的优劣势 20 5.1 3D打印技术的特点 20 5.2 3D打印技术应用于建筑业的优势 21 5.3 3D打印技术应用于建筑业所面临的问题 21 第6章 3D打印在建筑工程领域的发展前景 23 第7章 3D打印技术未来发展的主要趋势 24 第1章 调研背景 最近，以美国著名趋势学家杰里米.里夫金为代表的学者关于第三次工业革命的呼声引起全球范围内的极大关注新一轮的工业革命创建了新的生产方式和生活方式。第三次工业革命的核心内容是制造业数字化，并将带动全球技术要素及市场要素配置方式的革命性变化。制造业的生产方式正发生着日新月异的变革，工程建设行业、基础设施行业、制造行业都有一种融合的趋势作为一种突破传统的建造生产方式以及链接工厂化、信息化生产的新型技术，3D 打印正悄然走向建筑业。 传统的建筑建造过程速度慢、不安全、成本高，并且施工危险、劳动强度大。随着技术改进，3D打印技术已经可以打印方形、环形、圆形以及不规则形状的房屋部件，甚至也有能力打印一整栋房屋。从原理上打印%房屋和打印其他物品并无区别，只是改变了材料、尺度。用传统方法建造房屋需要众多步骤，使用3D打印技术就容易得多，具体打印过程如下: 先在待建房屋的空地上安装大型打印设备，该过程大概仅需要两三名工人几个小时时间，该设备外观类似两边有滑轨的巨大行车，根据房屋、维设计图纸，稳定、均匀挤压混凝土，一层一层叠加打印，与此同时机械手还能进行其他建筑材料的安装，甚至可以做像铺设瓷砖这样的精细活。据估算，建一栋2500平方英尺( 约232.2平方米) 的房屋仅需20 小时左右。这样的3D打印机不仅能打印出一栋房屋，还能够建造一整片房屋，并且可令房屋呈现样貌多样化。国内目前采用的3D打印建筑原料主要是建筑垃圾、矿山尾矿及工业垃圾，其他材料主要是水泥、钢筋，还有特殊的助剂。房屋是在工厂内以楼层为单位打印好，切割后再运到现场，拼装楼板则是现场现浇的以方便运输，目前国内用3D打印技术打印整幢建筑在技术上已没有问题。未来只要把建筑3D打印机运到施工现场，就可以打印整幢楼房，甚至是一二百米高的高层建筑。在建筑业中引进3D打印技术是一次巨大的改革创新，今后住户不仅可以定制家居，还可以定制个性化的房屋，打印多种特殊结构构件，一套房对应一张设计图，小区内的房屋建筑在整体保持风格协调的基础上不再千篇一律。 根据美国技术咨询服务协会WohlersAssociates发布的2012年度报告，全球3D打印行业在2011年销售额为17.14亿美元，当前该技术的市场渗透度为8%，因此，报告保守估计3D打印市场机会为214亿美元。目前，3D打印技术市场的年增长率为29.4%。据预测，该行业的市场规模到2015年将达37亿美元，到2019年将增长到65亿美元。 图1.23D打印技术市场规模示意图 从行业分布看，目前消费电子领域仍然占主导地位，约20.3%;其他主要应用在汽车、医疗/牙科、工业/商业机器和航空航天领域。3D打印技术行业分布如图2所示。3D打印技术主要应用功能的分布比例如图3所示。 图1.33D打印技术行业分布图 图1.43D打印技术应用分布图 当前，欧洲、美洲和亚洲是3D打印设备的主要需求市场。从2011年设备市场份额分布来看，北美地区占40.2%，位居第一，欧洲地区和亚洲地区紧随其后。3D打印设备数量区域分布如图4所示。美国是3D打印设备安装的第一大国，日本处于第二。 图1.53D打印设备数量区域分布图 由于3D打印产品种类丰富，带动了打印材料的快速发展。2001年到2011年，全球打印材料的销售情况如图5所示，除了2009年由于全球经济危机的影响稍有下降外，基本上每年都保持10%～20%的增长。 图1.6全球3D打印材料销售额示意图 第2章 3D打印技术国内外发展现状 2.1 3D打印技