世界首例原位3D打印雙層示范建筑完成雙層打印

來源: 中國經(jīng)濟網(wǎng)

導讀：之前，南極熊報道了在10月22日開工，中建二局華南公司廣東建設基地開始3D打印建造世界上最大的原位“輪廓工藝”3D打印雙層建筑。該建筑面積230平米，總高度7.2米的雙層辦公樓。該項目是由中建股份技術中心和中建二局華南公司聯(lián)合立項課題《建筑3D打印技術研究與應用示范》的展示工程，打印設備由中建機械公司設計制造。打印時需要的材料、設備、工藝及控制軟件均是自主開發(fā)，已經(jīng)獲得13項發(fā)明專利授權，是中國技術、中國制造的一次實驗成品。

近日，據(jù)南極熊了解，這棟雙層辦公樓已經(jīng)在中建二局廣東建設基地拔地而起，成功的打印出了兩層。這塊“試驗田”生產出的3D打印技術成果將運用到深圳長圳公共住房項目中，也意味著國內原位3D打印技術將首次實現(xiàn)開花結果。

“3D打印建筑的基本原理與一般打印機一樣，要有打印機體、噴頭、油墨、紙張�！敝袊�建筑技術中心材料工程研究所所長助理霍亮介紹說。如果把建筑四周搭建的金屬框架視作打印機的機體，那么噴吐混凝土的打印頭就相當于一般打印機的噴頭，但它噴出的“油墨”卻不是一般的混凝土，而是需要特別配制的。

有了打印機、打印頭和打印材料，“紙張”當然也是必不可少的。“在施工前，我們在地下預埋了鋼筋籠，這就相當于‘打印紙’。”中建二局廣東建設基地有限公司科技部副經(jīng)理黃云說，“在打印過程中，隨著墻體的不斷長高，還得按照圖紙去加裝鋼筋。”

3D打印技術主要用在房屋建造過程中的主體施工階段，傳統(tǒng)工藝在主體施工中涉及到模板、鋼筋和混凝土三個方面。3D打印技術的所有工藝也是圍繞著這三個內容進行的，目前3D打印還無法打印鋼筋，鋼筋布置還需要依靠人工。但混凝土澆筑所需要的模板，在3D打印建筑的施工現(xiàn)場卻沒有，因為3D打印頭里噴出的混凝土可不一般。3D打印建筑噴吐混凝土和傳統(tǒng)施工澆筑混凝土一樣，要一次完成，不能間斷。打印頭通過一圈一圈連續(xù)噴吐寬

5厘米、厚2.5厘米的打印材料，經(jīng)過層層堆積建造墻面。如果下層混凝土砂漿凝結慢，沒有形成足夠的硬度，就無法支撐上層材料的重量，導致墻面變形甚至垮塌；如果凝結太快，又會出現(xiàn)和上層材料的黏合問題�！拔覀兺ㄟ^反復試驗，在一般的混凝土砂漿中添加了外加劑，通過調節(jié)材料粘稠度和凝結時間，終于開發(fā)出了3D打印所需要的混凝土，而且它的強度能達到C40-C60，完全滿足建筑強度的要求�！被袅琳f。

原位3D打印奠定建筑推廣基礎
從傳統(tǒng)工藝特點來說，對曲面造型設計的建筑來說，不論是現(xiàn)場澆注成型，還是工廠預制構件，模具工程及其成本高且不宜實現(xiàn)�！敖ㄖ�3D打印技術是基于計算機智能控制實現(xiàn)建筑構件及建筑免模板的施工工藝，在曲面建筑和穹頂式建筑建造上具有明顯優(yōu)勢，同時為設計師自由創(chuàng)作提供了可能�！敝袊�建筑技術中心材料所所長張濤說。3D打印技術無疑將推動制造業(yè)的數(shù)字化發(fā)展，在3D打印的世界里，建筑師、工程師和建筑工人將借助科技之力，將建筑與3D打印結合，完成對現(xiàn)有建筑技術的再造。

3D打印建筑還可大大節(jié)省建筑用料，降低施工成本。建筑3D打印可以充分利用打印智能控制，使建筑一次成型，節(jié)約材料60%，同時可減少建造過程中的工藝損耗和能源消耗。“我們這個項目建筑面積約230平方米，分為上下兩層，打印部分為墻體和構造柱，主體打印部分僅需3天�！被袅琳f，“由于3D技術打印房屋全部使用機械自動化操作，以往要十二三名工人操作的項目少一半人完全沒問題”。

這棟位于工廠的鋼材鍛造車間旁雙層小樓，是“世界首例原位3D打印雙層示范建筑”，建成后將用于辦公和展示。它所采用的原位3D打印建造技術較過去的3D打印技術有三方面突破：一是原位打印，即現(xiàn)場直接將主體打印成型，無需二次拼裝；二是采用輪廓工藝，即打印出的墻體是為中空的，方便添加保暖填充物；三是首次將這項技術運用到雙層建筑上，結構難度更大。雖然目前3D打印技術沒有真正批量應用在建筑工程中，但原位3D打印技術的成功應用，無疑對3D打印技術在建筑領域的推廣奠定了基礎。它與現(xiàn)有施工技術是互補的、相互依靠的關系，研發(fā)及應用這一技術不是要替代現(xiàn)有施工技術，而是將其作為對現(xiàn)有施工技術的一個強有力補充。

中國3D打印建筑水平與世界同步
這棟“世界首例原位3D打印雙層示范建筑”，是由中建股份技術中心和中建二局華南公司聯(lián)合立項課題《建筑3D打印技術研究與應用示范》的展示工程。課題成立之初，建筑3D打印的研究剛剛起步，從材料到建筑3D打印的設備研發(fā)及可借鑒資料都很少，并且建筑3D打印技術屬于多專業(yè)，跨領域的綜合技術，專業(yè)范圍涵蓋了材料、機械、自動化、微機控制等，需要研發(fā)人員具有多專業(yè)、跨學科的知識背景。

經(jīng)過3年的技術攻關已經(jīng)完成了多種3D打印材料體系、架體結構、輸料系統(tǒng)、控制軟件的開發(fā)工作，實現(xiàn)了從無到有，從小到大的突破，獲得建筑3D打印材料、設備類專利13項，軟件著作權4項，專業(yè)著作1部，外觀專利1項。霍亮說：“目前，國內外建筑3D打印技術同步發(fā)展，中國建筑行業(yè)在某些應用方面甚至已經(jīng)超越國外同行。”

中國建筑在國家政策引領下，攻堅克難，深入探索建筑3D打印技術，引領國內的學術領域的研究。中國建筑技術中心主編的《混凝土3D打印技術規(guī)程》已經(jīng)起草完畢，目前處于征求意見階段；技術中心關于3D打印的相關研究成果先后在第27屆澳大利亞混凝土會議和第69次RILEM技術交流會議上進行技術交流，在美國第31屆固廢技術與管理國際會議和第15屆水泥化學國際會議上進行了主題報告，受到了國外專家的關注和高度好評。