董 林

（山東華邦建設集團有限公司 山東 濰坊 262500）

1 引言

現(xiàn)代信息科技的發(fā)展對于推動建筑行業(yè)的進步有著重要意義。3D打印技術作為現(xiàn)代科技的典型代表，在建筑行業(yè)的應用可以充分發(fā)揮其模擬價值，能夠構建立體的模型，確保工作人員直觀地查看建筑工程產(chǎn)品的最終結(jié)果。為了進一步發(fā)揮該技術的作用，相關工作人員應當明確3D打印技術的流程，落實該技術在建筑領域的應用。

2 3D打印概述

3D打印技術是一種新型的制造技術，綜合應用了計算機、機電、數(shù)控、激光、新材料，主要是用3D打印機逐層累計疊加形成三維結(jié)構實體，主要材料為粉末和片狀絲狀等離散型材料，制造加工過程包括切、削、磨、鉆等方式。在建筑領域應用3D打印技術主要流程為監(jiān)理三維模型、模擬三維模型、分層切片處理、規(guī)劃層片路徑、加工與疊加層片。美國3D打印技術委員會按照如下方式定義3D打印技術：3D打印技術完全不同于傳統(tǒng)材料加工方法，以CAD模型數(shù)據(jù)為基礎構建模型并且逐層增加材料，制造出和三維物理實體模型完全一致的數(shù)學模型。建筑工程中3D打印技術流程如下。

（1）建立三維模型。當前構建三維模型的方法包括兩種，一種是利用Autocad、Pro/e、UG等計算機輔助設計軟件直接建模，另一種是通過點云數(shù)據(jù)和逆向反求原理完成三維實體模型的構建。

（2）近似模擬三維模型。想要在快速成型系統(tǒng)中使用數(shù)據(jù)格式就要將三維模型及時轉(zhuǎn)化為能夠被系統(tǒng)識別的數(shù)據(jù)。當前存在STL、CLI、LMI等多種可以被快速成型系統(tǒng)識別的文件格式，其中最為常用的數(shù)據(jù)格式為STL文件格式。利用計算機輔助設計軟件能夠直接輸出STL格式文件。

（3）分層切片處理。3D打印過程主要是離散、堆積，通過近似擬合一系列平行、等間距的二維模型才能構建出和加工需求一致的三維模型，我們將這個過程稱為分層切片處理過程，產(chǎn)品精確度隨著分層的數(shù)量增多而提高，但是同時也會增加加工時間。有的產(chǎn)品對精確度要求不高，為了縮短加工時間可以將分層減少。

（4）合理規(guī)劃層片路徑。分層切片處理得到的層片輪廓要根據(jù)3D打印加工的要求轉(zhuǎn)化成打印噴頭運動路徑從而填充層片，我們將這個過程稱之為層片路徑規(guī)劃。通過實現(xiàn)層片輪廓到具體噴頭運行路徑的轉(zhuǎn)化能夠?qū)崿F(xiàn)打印效果的優(yōu)化，提升3D打印合理性。

（5）層片加工和疊加。在噴頭運行路徑規(guī)劃好后能夠加工和疊加層片。在控制系統(tǒng)控制之下，3D打印噴頭能夠按照規(guī)劃好的路徑開始打印，然后通過疊加最終得到計劃的產(chǎn)品。

將3D打印技術應用于建筑領域主要利用的是3D打印技術堆積原理，利用工業(yè)機器人完成構建鋪設材料的工作。在建筑領域所用的3D打印機結(jié)構主要包括打印頭、耗材、介質(zhì)、機械組件等類似于傳統(tǒng)打印機的構件。根據(jù)計算機設計的三維模型數(shù)據(jù)和運行程序分層打印并且逐層疊加得到建筑實物，利用建筑3D打印機實現(xiàn)從計算機三維模型到實物的轉(zhuǎn)化[1]。

3 3D打印技術的特征

3D打印技術具有多樣性、專業(yè)性、全覆蓋性等特點，其在建筑領域的應用有助于提升建筑工程建設水平。

3.1 3D打印技術的多樣性

3D打印技術容易受到諸多方面的因素影響，比如打印技術、產(chǎn)品精密度、價格等。3D打印技術是一種有著較強綜合性的技術，需要很多公司共同完成該技術的應用，可見，3D打印并不是一項單一的技術，而是具有多樣性特征，需要充分發(fā)揮出各項技術的價值和優(yōu)勢，在實際應用中為企業(yè)創(chuàng)造效益。3D打印技術的多樣性特點對企業(yè)技術占有率、企業(yè)發(fā)展水平等方面都有著決定性作用。

3.2 3D打印技術的專業(yè)性特征

專業(yè)技術擁有率的大小是決定3D打印市場的管件因素，通過研究當前3D打印機可知，目前“雙巨頭+專業(yè)性”是當前3D打印技術的主要表現(xiàn)形式，其專業(yè)性特征十分明顯。當前3D打印技術研究的基礎為各項相關技術，需要充分體現(xiàn)并且發(fā)揮出各項技術的優(yōu)勢才能快速實現(xiàn)3D打印技術商業(yè)化發(fā)展，才能實現(xiàn)相關資料的獲取，才能將3D打印技術的重要市場地位充分凸顯出來。

3.3 3D打印技術的全覆蓋特征

目前，市場上很多企業(yè)可以為人們提供3D實體產(chǎn)品、設備、平臺等相關服務，這種多種方法的運行模式體現(xiàn)了3D打印技術的全覆蓋性特點。在3D打印市場上，有的企業(yè)專注于一種技術設備材料，通過針對性地研究某一種特殊分化的技術形成了具有一定規(guī)模的特色公司，為客戶專門提供材料、設備等服務?？梢?，在3D打印技術實際市場運行中，可以形成全覆蓋的產(chǎn)業(yè)鏈，構建相應的平臺，提供針對性的材料設備，將3D打印市場的產(chǎn)業(yè)鏈范圍擴大，實現(xiàn)全面覆蓋[2]。

4 建筑領域3D打印技術的應用分析

4.1 應用于建筑構件中

建筑師在打印過程中主要采用的方式包括激光燒件、節(jié)點式，每一節(jié)點分段的打印都要嚴格遵守設計圖紙比例中的要求，直到最終制作完成建筑物模型，實現(xiàn)組合拼接，達到節(jié)約物力、人力的效果。同時，在建筑構件模型制作中利用3D打印技術操作便捷，能夠?qū)嫾倪m用性和美觀性提升。3D打印技術在一些建筑物附屬裝飾品上也得到了廣泛的應用，比如在異常復雜化的中式古典建筑、歐式壁雕裝飾物表面結(jié)構中可以充分發(fā)揮3D打印技術的優(yōu)勢，傳統(tǒng)的施工方式需要耗費大量的時間，工作效率不高，構件的結(jié)構、細節(jié)部分難以把控，而3D技術有效地解決了這些問題，能夠通過基底建模和計算機控制比例精確、批量生產(chǎn)構件，完成局部細節(jié)的嚴格控制。3D打印技術在建筑裝飾中的高效應用促使建筑裝飾逐漸朝著細節(jié)處理、技術優(yōu)化等方向進步[3]。

4.2 應用于建筑設計方案中

在建筑項目方案設計階段客戶、團隊成員之間的認識和想法存在較大的差異性，不同的要求和認識導致設計方案難以高效確認，傳統(tǒng)的二維設計圖紙也難以充分為客戶、施工人員所理解，所以二維圖難以完整地展現(xiàn)出整個工程的全貌，在實現(xiàn)過程中如果后期產(chǎn)生了不同的意見那么必然會導致設計發(fā)生變更甚至無法按照計劃推進。利用3D打印技術能夠直觀完整地展現(xiàn)出整個建筑工程項目，通過打印出方案實體，能夠直觀呈現(xiàn)出設計方案的建設結(jié)果，相關人員根據(jù)實體模型明確自己的要求，合理調(diào)整各項參數(shù)，同時做好協(xié)調(diào)處理，提升建筑設計方案的科學性。工作人員尤其要考慮建筑工程的景觀、道路交通等方面的問題，利用3D打印技術能夠直觀完整地展現(xiàn)出建筑產(chǎn)品建成后的效果。在設計階段，每個細節(jié)、每個項目、每個環(huán)節(jié)都可能會對建筑產(chǎn)品的質(zhì)量安全產(chǎn)生影響，如果設計不合理很可能出現(xiàn)嚴重的后果。利用3D打印技術可以明確設計方案可行性，降低設計方案失敗的概率，可以降低設計階段不足造成的損失。

4.3 3D技術在古建筑修復中的應用

古建筑修復工作的困難和問題較多，如果僅僅是古建筑外觀局部受損且不嚴重，尚可高效完成修復，但是如果是結(jié)構受損，那么受到不同材料、地域因素、時間等方面的影響，將難以高效修復古建筑結(jié)構。很多古建筑有著十分復雜的結(jié)構，所用材料較為特殊，受到材料、結(jié)構等諸多方面因素的限制，導致古建筑結(jié)構修補困難重重。人工觀察修補雖然能夠解決一些損壞之處，但是修補結(jié)果難以切實達到預期要求。比如榫卯結(jié)構是我國古建筑中十分常見的結(jié)構，如果單純地依靠現(xiàn)代技術難以切實將損壞之處修復，通過利用3D掃描技術能夠?qū)沤ㄖ谋韺舆M行持續(xù)性觀察，做好圖像收集整理，然后利用計算機技術合理計算分析圖片數(shù)據(jù)，最終獲取古建筑表層空間數(shù)值，并且對物體三維輪廓進行精確地計算描繪，實現(xiàn)高精度的打印，保證能夠契合古建筑結(jié)構。利用3D掃描技術能夠完美地復刻出古建筑物中的形態(tài)細節(jié)，將需要的部分打印出來，精準地拼接到原建筑結(jié)構當中。綜合利用3D掃描、CAD等能夠快速完成修復模具的制作[4]。

5 結(jié)語

現(xiàn)如今建筑行業(yè)越來越重視3D打印技術，很多企業(yè)都開始積極創(chuàng)新和發(fā)展該技術。當前3D技術已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)房屋拼裝打印，但是在復雜建筑模型打印方面仍然需要相關工作人員進一步研究探索。未來建筑行業(yè)發(fā)展中將會進一步應用3D技術，并且會逐漸改善建筑行業(yè)的發(fā)展方式，為居民創(chuàng)造出更加舒適的建筑產(chǎn)品。