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住宅产业相关学士学位论文范文 和3D打印技术在住宅产业化的应用现状类函授毕业论文范文

主题:住宅产业论文写作 时间:2024-02-18

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0 引言

3D打印技术又称为三维打印技术,是快速成型技术的一种,出现于20世纪90年代初期.它与普通打印工作原理基本相同,印机内装有液体或粉末等“打印材料”,与电脑连接后,通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来,最终把计算机上的蓝图变成实物.英国著名杂志《经济学人》对3D打印给予了非常高的评价,将其称为第三次工业革命的标志之一,这使得3D打印技术获得了前所未有的关注.随着时代的不断发展,“绿色”、“环保”、“生态”等概念在建筑界已经得到了广泛的认可,3D打印的出现,有力地推动了建筑产业的升级改造,必将在建筑史上留下辉煌的一笔.

1 3D建筑打印技术筑概述

从1984年Charles Hull开创了将数字模型转换为实体模型的技术开始,3D打印已经在模具与模型制作、航空航天、医药卫生、建筑工程等各行各业得到了广泛应用.

建筑的3D打印是利用特制的工业机器人通过对原材料的逐层累积最终形成与设计要求相符的建筑结构体的新兴技术.3D建筑打印机和传统的打印机具有相同的构成模式,都是由控制系统、机械系统、打印喷头和打印材料组成.根据事先设计的目标结构的三维模型,通过程序控制打印机将打印材料分层输出并逐渐累加,最终将电脑上设计出来的三维模型转变为实体的建筑结构.

混凝土作为住宅建筑工程中用量最大、范围最广的建筑材料,在3D打印技术中具有广阔的应用前景.JosephPegna第一个成功的将水泥材料应用于3D打印.目前,建筑行业的3D打印技术主要采用的3D混凝土打印技术,就是在3D打印的基础上结合混凝土施工发展而来的新式混凝土施工技术.

2 3D建筑打印现状

目前3D打印技术在住宅行业的应用主要分为两个方面:一是在住宅结构的设计阶段,主要用于进行模型的制作,以便进行性能、外观等的优化;二是在工程施工阶段,主要是利用3D建筑打印技术进行建筑结构的足尺打印,并将打印出来的结构物直接用于工程施工,甚至是将建筑物整体打印出来.

在住宅的设计阶段,设计师们已经开始将计算机中虚拟的三维模型通过3D打印技术直接打印出来,相比较于以往采用手工制作模型,3D打印技术更加快捷、环保,降低了建筑设计环节的资费,打印出来的模型也更加美观.

在住宅施工阶段,3D打印技术的应用还处于探索阶段,但也取得了不俗的成果.

Enrico Dini制作了世界上第一台3D建筑打印机,他用这台打印机打印出了4m高的建筑物.这台打印机结构复杂,在底部装有数百个喷嘴,可以喷射出特质的镁质黏合物,通过在黏合物上喷射沙子,能够使黏合物逐步形成石质固体,通过逐层的将镁质黏合物和沙子进行结合,逐渐完成整体的石质建筑物.这台打印机在工作状态下会沿着一根水平轴和四根竖直轴进行往返运动.打印机的喷头打印出的黏合物每层厚度为5mm~10mm.打印机的操作可以完全有电脑软件进行控制,最终建造的建筑物具有大理石的质地,而且强度要高于混凝土.目前,这款3D打印机已经成功的制作了内曲线、分割体、导管以及中空柱等结构体.

上海某建筑公司在2014年采用素混凝土作为打印材料,利用一台体积庞大的打印机在很短的时间内就建造了10栋200m2的房屋.

Khoshnevis教授与他在南加州大学的学生设计了一种名为“contour crafting”的自动化房屋建造技术.在他们的实验室中,已成功通过全自动的方式“生产”出一栋1.8m高的楼房.将一间经过电脑设计好的房子直接打印出来,除了混凝土外墙,连房屋中的电线、水管等一切都已经就绪.这项工程已花费了十年的时间,研究如何将3D打印应用在房屋建造上.和一般3D打印所用的热熔胶不同,这个制造房屋整个过程中通过机械臂挤出混凝土让房子成型,过程中另一只机械臂会加入石膏、木材、聚合材料、砖块来优化和巩固整个产品.

刘易斯大酒店的老板Lewis Yakich在2015年9月宣布自己的一栋占地130m2的别墅采用了3D打印技术;荷兰建筑师简加普·鲁基森纳斯会和意大利发明家EnricoDini合作,打印出一栋二层小楼;迪拜在2015年初也宣称要利用3D打印技术建造一做博物馆,近日,荷兰的建筑师们利用一台高达3.5m的3D打印机来生产塑料材质的建筑部件,拼装出一个具有浓郁荷兰风格的小屋.

3 3D建筑打印技术分析

与传统的施工工艺相比,采用3D打印技术进行住宅结构的制作具有以下几点优势:

(1)施工工期可以精准控制,通过电脑软件建立的三维模型尺寸是精确到毫米级,而3D打印机的制作精度也是以毫米为单位,这使得打印出来的建筑物具有更精准的尺寸,这是在有高精度要求的建筑结构体的建设中具有非常广阔的前景.

(2)施工成本稳定,对于外形不规则的复杂结构体,3D建筑打印技术可以完美的具现数字化的三维模型,而且对于3D建筑打印机来说,打印任何形状的结构体都是一样的,区别只是在于打印喷头的运动轨迹,因此不会存在由于建筑结构外形复杂而导致的额外成本.

(3)施工简单便捷,型强,不需要使用模板,对于外形特殊复杂的曲面、管道等具有良好的适应性.

(4)整个施工过程安全可靠,3D建筑打印机在打印过程严格依照软件绘图,全程都由计算机控制,不需要人工干预,施工现场不会像传统施工那样耗费大量的劳动力资源.大幅减少的现场施工人员意味着大大减少了施工过程中发生伤亡事故的风险,同时,用于保证安全施工的费用也得到降低.

(5)施工更为环保,3D建筑打印机在打印的过程中几乎不会产生粉尘污染,对于治理雾霾和保护工程周边环境具有现实意义.3D建筑打印机在施工过程中不需要塔吊、混凝土泵送车等传统施工所必需的工程机械,杜绝的了施工过程中产生的噪声污染,满足学校周边等对噪音敏感区域的施工要求.

(6)节省材料,3D建筑打印机能够将建筑材料的使用最大化,几乎不会发生建筑材料的浪费,使工程预算更加精确,保证了工程建设的经济性.

虽然3D建筑打印技术在短时间内就取得了不俗的表现,但作为还在发展中的技术,并不是尽善尽美的,还有不少的困难需要克服:①打印机的尺寸,在这方面3D建筑打印机和普通打印机一样,打印目标越大,打印机的尺寸就要越大.但是对于3D建筑打印机来说,机器越大越难制造,更重要的是机器越大,打印精度和打印速度就会越差;②建筑物配筋的实现,在现在住宅建设工程中,钢筋扮演着重要的角色.传统施工方法中,对结构进行配筋是简单而有效的方法,能够大幅提升混凝土构件的性能,但是在3D建筑打印中,在混凝土构件打印的过程中配筋还是无法实现的,这涉及到材料、器械、打印工艺等诸多因素,需要诸多学科的共同努力.混凝土配筋成为阻碍3D打印技术广泛应用与住宅建设与工程施工的主要障碍之一.

4 结语

3D建筑打印作为新型的技术,解决了传统施工的施工速度慢、环境污染严重、以及施工危险等诸多弊病.随着技术的不断改进,3D建筑打印技术也在进行着飞速的发展,完善的3D建筑打印体系将来不仅会解决全球性的住房危机、能源危机和环境保护等问题,而且对促进社会和谐发展具有深远的意义.此外,3D建筑打印体系对于施工环境要求小的特点注定了它将在未来人类探索太空的活动中扮演着不可或缺的重要角色.但是3D建筑打印技术这样多个学科交叉的科学体系还有诸多问题的存在,还需要各方学者共同努力进一步完善.

参考文献

1 林宗浩,石从黎,陈敬.3D打印技术在建筑领域的研究进展[J].商品混凝土,2016(11)

2 王津红,李慧莉,丁晓博.3D打印建筑技术应用研究[J].建筑与文化,2016(9)

3 蒋萌,李云辉,苏达.3D打印建筑——建筑业的一场革命[J].工程建设与设计,2015(11)

4 陈敬.3D打印建筑技术的现状及展望[J].四川水泥,2015(10)

5 杨建江,陈响.3D打印建筑技术及应用趋势[J].施工技术,2015(10)

6 王曦.当3D打印技术遇上建筑行业[N].中华建筑报,2013-08-06

7 李福平,邓春林,万晶.3D打印建筑技术与商品混凝土行业展望[J].混凝土世界,2013(3)

(责任编辑 梁 工)

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