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3D打印技术及其在建筑领域的应用王子明刘 3D打印技术及其在建筑领域的应用 王子明 刘 玮 （北京工业大学材料学院 北京 100022） 摘 要：近年来，3D打印技术越来越多地受到人们的关注。本文介绍了3D打印技术的发 展历程及国内外发展现状，详细分析了3D打印技术的分类和特点。列举了3D打印技术的 应用范围，重点阐述了3D打印在建筑领域的发展与应用，指出3D打印技术正在深刻改变 着传统的制造模式，在建筑领域具有广阔的应用前景。 关键词：3D打印；发展现状；D型工艺；轮廓工艺；混凝土打印 体材料逐层“打印”出产品[2]。3D打印作为一种通俗化名 称，从成型方法方面来说属于快速成型，其实质是增材 制造技术。 美国材料与试验协会将增材制造技术定义为：基于 3D模型数据，采用与减材制造技术相反的逐层叠加的方 式生产物品的过程，通常通过电脑控制将材料逐层叠加， 最终将计算机上的三维模型变为立体实物，是大批量制造 模式向个性化制造模式发展的引领技术[3]。 前言 3D打印技术依托多个学科领域的尖端技术，在高端 制造、教育、建筑设计、医疗、航空航天、文化创意等领域 得到了一定应用，显示出令人振奋的发展前景。英国《经 济学人》杂志在《第三次工业革命》一书中，将3D打印技 术作为第三次工业革命的重要标志之一，引发了人们对3D 打印的关注。美国《时代》周刊将3D打印列为“美国十大 增长最快的工业”。近日，10幢3D打印建筑作为当地动迁 工程办公用房在上海张江高新青浦区正式交付使用，而 10幢小屋的建筑过程仅用时24小时[1]。在过去两年时间 里，许多国家纷纷出台政策支持3D打印技术。本文对3D 打印的概念、技术类型及特点，发展历程和现状以及在建 筑领域的应用等方面进行介绍，并分析其在建筑领域的 应用前景。 2 3D打印技术发展回顾 3D打印技术的概念最早出现在20世纪70～80年代， 当时被称为“快速成型”技术。1986年，Chuck Hull发明了 立体光刻工艺（SLA），并获得专利[4]。同年，他成立世界上 第一家3D打印公司—3D Systems。1988年，3D Systems 公司生产出世界上第一台3D打印机SLA-250。同年，Scott Crump发明了另外一种3D打印技术— 熔融沉积成形 （FDM）[5]，随后也成立了一家名为Stratasys的3D打印技术 公司。1989年，C．R．Dechard博士发明了选区激光烧结技 术（SLS）[6]。1991年，麻省理工大学教授EmanuaI Sachs发 明了三维打印技术（3DP）[7]。1995年，麻省理工大学毕业 生Jim Bredt和Tim Anderson修改了喷墨打印机方案，把约 束溶剂挤压到粉末床，随后创立了现代的三维打印企业Z Corporation。1996年，3D Systems、Stratasys、Z Corporation 分别推出了型号为Actua 2100、Genisys、2402的三款3D 1 3D打印的概念 3D打印（3 Dimensional Printing）是制造业领域正在 迅速发展的一项新兴技术，被称为“具有工业革命意义 的制造技术”。运用该技术进行生产的特征是：应用计 算机软件，设计出立体的数据模型，然后通过特定的成 型设备（俗称“3D打印机”），用液化、粉末化、丝化的固 收稿日期：2014-10-9 50 2015.01 CHINA CONCRETE NO.67 科技导航Science Technology打印机，第一次使用了“3D打印机”的名称 科技导航 Science Technology 打印机，第一次使用了“3D打印机”的名称。2005年，Z Corporation推出了世界上第一台离精度彩色3D打印机— SpeCTRum 2510，同年，英国巴恩大学的Adrian Bowyer发起 了开源3D打印项目RepRap，目标是通过3D打印机本身，能 够制造出另一台3D打印机。2008年，第—个基于RepRap 的3D打印机发布，代号为“Darwin”，它能够打印自身50% 元件，体积仅—个箱子大小。 2011年8月，南安普敦大学的工程师们开发出世界上 第一架3D打印的无人飞机。2012年12月，美国分布式防御 组织成功测试了3D打印的枪支弹夹。2013年5月29日，世界 3D打印技术产业联盟在北京成立[8]，标志着3D打印技术进 入全球合作的阶段。2014年10月10日，世界首款3D打印汽 车—“斯特拉迪”在纽约街头试行。 3D打印技术日益完善，不仅可以打印小件物品，而且 这项技术甚至可以彻底颠覆传统的建筑行业。2013年1月， 荷兰建筑师Janjaap Ruijssenaars与意大利发明家Enrico Dini （D-