張可欣

近些年來，3D打印正在全球掀起一場真正的數(shù)字化革命。以智能化、數(shù)字化、信息化技術(shù)的發(fā)展為基礎(chǔ)，以現(xiàn)代基礎(chǔ)制造技術(shù)對大規(guī)模生產(chǎn)流水線和柔性制造系統(tǒng)的改造為主要內(nèi)容，以基于可重構(gòu)生產(chǎn)系統(tǒng)的個性化制造和快速市場反應(yīng)為特點，將從根本上解決傳統(tǒng)制造系統(tǒng)下新產(chǎn)品開發(fā)周期、產(chǎn)能利用率、生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量、個性化需求等主要產(chǎn)業(yè)競爭要素之間的沖突，實現(xiàn)生產(chǎn)制造的綜合優(yōu)化和運(yùn)營效率的大幅提升。

2021年12月2日，由中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會主辦，北京空間智筑技術(shù)有限公司承辦，豐科世紀(jì)孵化器|中關(guān)村豐臺園3D打印數(shù)字維創(chuàng)中心協(xié)辦的青年科學(xué)家沙龍圍繞“在大宗固廢利用背景下的智能建造技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用示范”主體展開交流。大宗固廢利用背景下的智能建造創(chuàng)新技術(shù)如何獲得長足發(fā)展？應(yīng)用示范方面如何實踐？來自固廢領(lǐng)域、3D打印智能建造領(lǐng)域、建筑設(shè)計、材料、施工與工藝等領(lǐng)域及相關(guān)經(jīng)濟(jì)、政策、產(chǎn)業(yè)、戰(zhàn)略的眾多專家提出了專業(yè)的見解。

3D打印技術(shù)賦能建筑創(chuàng)新發(fā)展

人們將3D打印技術(shù)稱作“上上個世紀(jì)的思想，上個世紀(jì)的技術(shù)，這個世紀(jì)的市場”。因為其起源可以追溯到19世紀(jì)中期，在業(yè)內(nèi)的學(xué)名為“增材制造”，一直只在業(yè)內(nèi)小眾群體中傳播，直到20世紀(jì)80年代才出現(xiàn)成熟的技術(shù)方案。隨著時間的推移，3D打印技術(shù)逐漸走向成熟。它自問世以來便受到了廣泛關(guān)注，它不同于普通打印機(jī)以墨水和紙張為主進(jìn)行生產(chǎn)工作，而是以金屬、陶瓷、塑料、砂等實實在在的原材料進(jìn)行生產(chǎn)工作。

隨著時代的發(fā)展，“綠色建筑”、“生態(tài)建筑”、“環(huán)保建筑”等新興理念在建筑領(lǐng)域得到了廣泛的宣傳，通過3D打印技術(shù)生產(chǎn)出來的產(chǎn)品能夠滿足建筑領(lǐng)域的使用。它不僅能夠滿足國家提出的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展目標(biāo)的要求，更是為我國建筑業(yè)發(fā)展指明了方向。

北京空間智筑技術(shù)有限公司總經(jīng)理張永虹接受《中關(guān)村》雜志采訪時表示，3D打印技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用主要分為兩個方面：建筑設(shè)計階段和工程施工階段。建筑設(shè)計階段主要是制作建筑模型，在這個階段設(shè)計師可以將虛擬模型直接打印為建筑模型;工程施工階段主要是利用3D打印技術(shù)建造建筑，通過“油墨”即可快速完成工作。這樣節(jié)省能耗，有利于推進(jìn)城市化進(jìn)程和城鎮(zhèn)化建設(shè)。在建筑領(lǐng)域中如果有完整的規(guī)范，它將有替代傳統(tǒng)建筑方法的趨勢。隨著信息資源的共享交流加快，許多方面都與國際逐漸接軌，因此人們在生活許多方面都有越來越多的要求，在建筑領(lǐng)域也不例外，新型的建筑設(shè)計要求越發(fā)復(fù)雜化，3D打印技術(shù)促進(jìn)了建筑領(lǐng)域的發(fā)展，也成為了現(xiàn)在必不可少的新工具。

LplusDesign品牌首席設(shè)計師、原聯(lián)想消費(fèi)PC設(shè)計高級總監(jiān)李鳳朗在沙龍活動中分享道，“3D打印技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到生活的方方面面了，如何通過技術(shù)改善生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)人與自然更和平、持續(xù)的發(fā)展，這應(yīng)該需要考慮的問題。而3D打印建筑如果能夠打造出適合人類居住的建筑，讓沙漠、戈壁為我們所用，這更將是技術(shù)最偉大的地方?！?/p>

南京大學(xué)建筑規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司副總建筑師鐘華穎闡述，建筑師從材料的角度來認(rèn)知固廢回收利用，從單純的性能走向建筑美學(xué)，甚至性能與美學(xué)的結(jié)合利用，這種變化不限于建筑領(lǐng)域，整個建造領(lǐng)域都在發(fā)生改造，一種單一材料的使用到兩種不同材料混合一體成型的，這在建筑行業(yè)研發(fā)三維打印塑性技術(shù)中得到體現(xiàn)，三維打印模具、混凝土灌入后脫模的建造方法是用新的手段來詮釋材料的使用，不管從性能還是應(yīng)用都有很大的突破。材料的認(rèn)識到材料新的應(yīng)用方式再到新產(chǎn)品的產(chǎn)生、新產(chǎn)品的應(yīng)用反過來促進(jìn)固廢的回收利用，這種體系轉(zhuǎn)變也促進(jìn)了新的產(chǎn)業(yè)提升。

3D打印技術(shù)將改變企業(yè)核心競爭力所依賴的資源基礎(chǔ)。一方面，制造的戰(zhàn)略功能被重新定義。在傳統(tǒng)的創(chuàng)新系統(tǒng)中，產(chǎn)品生產(chǎn)的一般模式是“產(chǎn)品設(shè)計—產(chǎn)品開發(fā)—產(chǎn)品制造”，所謂的產(chǎn)品創(chuàng)新主要指的是實驗室的產(chǎn)品設(shè)計和開發(fā)，制造僅僅是實現(xiàn)創(chuàng)新的一個環(huán)節(jié)。而隨著全過程數(shù)字制造技術(shù)的成熟，設(shè)計、開發(fā)和制造的一體化產(chǎn)品發(fā)展將使傳統(tǒng)的線性創(chuàng)新過程變?yōu)橐惑w化的并行創(chuàng)新過程，制造直接成為創(chuàng)新的一部分，制造現(xiàn)場像實驗室一樣成為創(chuàng)新的場所，制造生產(chǎn)成為企業(yè)創(chuàng)新系統(tǒng)的一部分。另一方面，3D打印技術(shù)將促進(jìn)由大企業(yè)競爭優(yōu)勢向小型化、分散化創(chuàng)業(yè)企業(yè)的競爭優(yōu)勢轉(zhuǎn)變。由于目前前沿制造技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用仍然需要大規(guī)模的研發(fā)投入等前期投入，制造與研發(fā)的協(xié)同效應(yīng)可能加強(qiáng)一體化大企業(yè)的競爭優(yōu)勢，因此只有大企業(yè)才有能力和動力率先投入和使用先進(jìn)制造技術(shù)。然而，以3D打印機(jī)為代表的新興制造技術(shù)也能提高小型化、分散化經(jīng)營的經(jīng)濟(jì)性。由于制造可以完成于小型工場之中、個人案頭之上，創(chuàng)意—設(shè)計—制造可以通過創(chuàng)業(yè)者甚至是一個人在短時間內(nèi)完成，因此對個性化的市場反映更加敏捷，個性化制造和網(wǎng)絡(luò)開放創(chuàng)意社區(qū)發(fā)展大大加速的同時，也帶來了市場商機(jī)和經(jīng)濟(jì)效益，提高了產(chǎn)品的競爭能力。

北京空間智筑技術(shù)有限公司總經(jīng)理張永虹分享建筑3D打印技術(shù)及應(yīng)用

清華大學(xué)建筑學(xué)院教授、清華深圳國際院未來人居研究院常務(wù)副院長徐衛(wèi)國在沙龍上舉例機(jī)器人3D打印混凝土建造技術(shù)基于數(shù)字建筑設(shè)計及機(jī)器人自控系統(tǒng)。它將3D打印技術(shù)與特種混凝土材料技術(shù)相結(jié)合，是一種創(chuàng)新型房屋及環(huán)境智能建造技術(shù)，這項技術(shù)對建筑產(chǎn)業(yè)競爭將起到極大的推動作用。

該技術(shù)適用于新農(nóng)村住宅、經(jīng)濟(jì)房、步行橋、圖書屋等應(yīng)用場景。其技術(shù)優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面，一是打印設(shè)備尺寸小造價低、易于運(yùn)輸、易于維護(hù)、易于推廣;二是打印設(shè)備適應(yīng)性強(qiáng)，可在空間中靈活運(yùn)動，打印多種形態(tài)的目標(biāo)對象;三是可打印不同種類的產(chǎn)品，包括低層房屋建筑、裝配式建筑構(gòu)件、園林小品及環(huán)境飾品;四是開放性的軟件系統(tǒng)，在自帶軟件平臺上，可添加新的設(shè)計或操作模塊;五是智能機(jī)器臂本體可換掛其它工藝設(shè)備，進(jìn)行其它工種的智能建造或加工如切削、打磨、噴涂等。

南極熊創(chuàng)始人潘學(xué)松表示，目前中國的建筑3D打印技術(shù)處于全球領(lǐng)先位置，但在商業(yè)化方面、太空3D打印和政策支持方面，國外走在了前面。建筑3D打印技術(shù)在國內(nèi)有著巨大的應(yīng)用潛力，但在標(biāo)準(zhǔn)制定、成本核算、建筑許可、廢渣再利用、減少碳排放等方面需要各方力量的共同推進(jìn)。

3D打印智能建造技術(shù)是未來發(fā)展的趨勢，作為智能制造的核心組成部分，3D打印行業(yè)正在迎來更大的市場。