3D打印以數字模型文件為基礎，通過逐層打印的方式來構造物體，形成“數字化制造”。而將3D打印運用于建筑領域則發展為一種新型的建造技術——3D混凝土打印技術，也叫做3D“水泥印刷”。3D混凝土打印技術意味著我們在未來可以直接打印各種大樓、橋梁等構造。該技術可以讓建筑師享受藝術自由，擺脫當前傳統建筑方法的束縛。

　　建筑業是世界經濟中最大的產業之一，全球總價值約10萬億美元(相當于GDP的13%)。但與其他行業相比，建筑業近幾十年的生產力和效率低下。自20世紀50年代以來，農業和制造業的生產率提高了10~15倍，而建筑業的生產力水平仍然停留在80年前。造成這種結果的主要原因是建筑業仍然是手工建造，而其他行業已經在數字、傳感和自動化技術的使用方面取得了重大進展。

　　澳大利亞斯威本科技大學(Swinburne University of Technology)杰伊•桑利亞安(Jay Sanjayan)教授領導的研究小組將3D打印混凝土視為解決這些問題的可能方案。他們認為該技術能夠使建筑師自由地為新結構注入更多創意。

　　傳統建筑業施工面臨的問題

　　現代化的民用基礎設施幾乎完全用混凝土建造，每年使用的混凝土超過200億噸。傳統建筑行業面臨著許多嚴重的問題，包括施工現場低下的勞動效率和頻頻發生的事故。根據澳大利亞統計局的數據，建筑業的工傷率最高達到5.9%(每1000名工人中有59人)。

　　此外，建筑工地的質量控制存在更多困難：高水平的廢物和碳排放，高額的成本以及管理大型工作場所的技術勞動力正在消失。而3D混凝土打印等顛覆性技術可以提供解決方案。

　　3D混凝土打印的優勢

　　3D混凝土打印技術通過添加材料層來構造對象。傳統的施工方法涉及將混凝土澆注到模具(稱為模板)中。但添加材料層結構可以將數字化技術與材料技術的相結合，在不使用模板的情況下進行自由形式的構造。

　　消除模板成本是3D混凝土打印技術的主要經濟驅動力。使用木材等建筑材料，模板約占混凝土施工總成本的60%。同時，建筑材料也是一種重要的廢物來源，因為它遲早會被丟棄。根據2011年的一項研究，建筑業丟棄的建筑材料占全球廢物總量的80%。

　　將混凝土澆注到模板中也限制了建筑師創造獨特建筑結構的創造力，而且定制模板需要高昂的成本。而自由形式的添加材料層可以增強建筑的可能性，生產結構部件的成本與形狀無關，使建筑師徹底從傳統建筑結構的固定模型設計中解脫出來。

　　3D混凝土打印的用途

　　正在探索的3D混凝土打印技術可以用于建造房屋、橋梁、建筑物甚至是風力渦輪機塔架。下面舉兩個例子，分別是利用3D打印技術建造的別墅和鋼鐵大橋。

　　3D打印別墅北京市通州工業園區有一座別墅，是全球首座3D現場整體打印的建筑物，它不同于以往國內外的3D打印建筑，該別墅是現場“整體打印”，將機器人手臂連接到3D打印機頭，施工45天完成。

　　用于混凝土打印研究的3D打印機

　　鋼鐵大橋MX3D研究和發展公司利用3D混凝土打印技術“打印”出一座鋼鐵橋梁。該橋長約24英尺，位于荷蘭阿姆斯特丹市中心，擁有非常復雜的幾何學設計。該公司利用建筑專用3D打印機器人歷時兩個月便完成了一座精美的鋼鐵大橋。

　　當涉及構建非直線形狀時，3D混凝土打印技術具有優于傳統構造方法的優點。然而，該技術研究領域仍處于起步階段。混凝土3D打印技術發展的最大障礙是混凝土本身。目前，常規形式的混凝土不適合3D打印，因此需要開發新的替代品;而且在實際打印混凝土時，需要特殊的打印機。研究人員正在探索各種類型的混凝土和用于3D混凝土打印的新型打印機或機器人。不過，我們相信3D混凝土打印技術將會迅速地發展，并將顛覆傳統的建筑行業，而且它的建筑也將驚艷世界。

來源： 科學媒介中心