创想智造解读:3D打印建筑发展的背景与意义

发表于 2017-9-26 18:51:11 显示全部楼层 1 4221

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近年来,随着计算机技术、传感技术、数控技术以及自动化技术的发展,自动化系统的作用和精度得到很大提高。目前,自动化系统已经取代了许多复杂、枯燥和危险的工业生产活动。在制造业方面,航空航天、船舶制造、汽车制造等行业,不仅拥有先进的计算机辅助设计(CAD)系统,同时也具备完善的自动装配解决方案。然而,建筑行业建设自动化的发展落后于其他行业几十年。同时,建筑业存在着一些严重的问题:建筑工地事故率高、工作质量低、施工现场管理困难、劳动效率低以及熟练劳动力短缺。

上世纪末以来,美国和日本在不同程度上将数字化、自动化技术应用于建筑领域以解决诸如生产效率、质量、安全问题,成本高和熟练劳动力短缺等问题。然而,由于机器人系统不能实时检测和运行,独立解决问题,导致单任务的机器人被限制到一个很小的建筑面积。此外,大多数的自动化系统需要许多的预制件,这意味着额外的库存成本,运输工具和机械设备。因此,使用传统的自动化技术建立一个完全成熟的、可以解决建筑业的问题的自动化系统将是相当昂贵的。

建筑业施工自动化技术发展缓慢的原因在于大型建筑产品与自动化技术不相适应;常规设计方式与自动化技术不相适应;与其他行业相比,最终输出产品的数量和种类非常少;材料选择上的限制;昂贵的自动化设备使得自动化技术没有吸引力;引入自动化技术对传统项目管理带来了冲击。
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当前可用的自动化技术和工程技术可能不足以有效且经济地克服这些障碍,建筑行业应该寻求新的自动化建造过程取代传统的制造和装配过程。现在,3D打印技术在大尺寸建筑结构的自动建造中具有广阔的应用前景。该方法采用了整体建筑共同成型方式,改变了传统的梁板柱的建筑形式。近年来3D打印技术已经在汽车设计、航空航天和医疗等行业取得了广泛的应用。然而,3D打印技术在大尺寸建筑结构自动化建造中的研究及应用尚处于起步阶段。

3D 打印建筑材料的研发成为实现3D打印建筑的核心技术。目前,国内外已有部分学者就 3D打印建筑材料进行了尝试性研发,如: 荷兰的专家曾采用了树脂及塑料类的材料进行研发;美国人采用了树脂砂浆类、黏土类、混凝土类材料进行3D打印材性试验;英国拉夫堡大学对打印所需混凝土材料性能进行研究。

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国内研发的3D打印建筑材料是利用建筑物废弃材料,将其粉碎磨细,加水泥、纤维、有机粘合剂等,制成牙膏状的“油墨”进行打印。可就地取材且对环境影响很小,不需要模板,定制型强,可塑性好,可打印出任何细节特点与复杂曲面、管道等;同时,还有建筑打印成型的结构构件,不仅可以完成客户个性化定制,而且采用 3D 打印技术制作的建筑,可节约建筑材料 30% 到 60%,工期缩短 50% 到 70%,节约人工50% 到 80%,建筑成本可至少节省 50% 以上,且其抗震效果和保温效果都会增强。

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目前国内已经开展了建筑房屋的3D打印,如上海、青海、杭州等地已有打印的建筑出现,新技术大大缩短了建房周期,到底日后人们会不会住上这种新型房屋还需要人们一步步提高认知水平,下期将介绍建筑3D打印的关键技术。
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