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【解析】3D打印技术在建筑模型制作中的应用研究

时间:2018-04-16 14:19 来源:南极熊 作者:中国3D打印网 阅读:
作者:王韦
    随着科技水平的不断发展和进步,一种新型的计算机图形分析和数据化控制制造技术——3D打印技术应运而生,它是近年来发展起来的一种新兴技术,已在机械、制造、医疗等行业有所发展,而在建筑行业的应用更是有着广泛的作用,为建筑师设计和建造动态、复杂的形式提供了强大的技术手段,对建筑 业设计产生颠覆性影响。本文结合3D打印技术的国内外研究现状及发展趋势、在建筑设计模型应用中的优劣势,以及如何应用等问题展开研究讨论,以其促进3D打印技术在建筑设计模型方面的真正实践和运用。

3D打印即快速形成技术的一种,它是一种以数字模型文件为基础的,可以运用多种材料,例如粉末状金属或者塑料或者水泥等可粘合材料,利用通层打印方法来构造物体的技术。


1986年,美国加州的工程师查克•赫尔研制出第一台3D打印机,3D打印带来许多行业的革命性改变,并影响到建筑业。在以前生产的部件,其精度取决于生产设备是否先进、以及现在生产工艺能够实现。3D打印机将改变这一观点,使企业不在依赖生产设备、工艺的水平,任何精度的零件、形状都可以通过3D打印机来实现。


一、3D打印技术的简介和应用
从30年前研究3D打印技术以来,科技水平的不断提高,边缘技术的完善,时代变迁和发展,这项技术也越来越受到关注,那么究竟什么是3D打印技术呢?3D打印技术是将CAD、CAM、CNC、精密伺服驱动、光电子和新材料等先进技术集于一体,依据由CAD、PRO/E等软件构造的产品三维模型对其进行分层切片,得到各层截面的轮廓。按照这些轮廓,激光束选择性地喷射,固化一层层液态树脂(或金属粉末)或喷射源选择性地喷涂一层层的粘结剂或热熔材料等,形成各面,逐步叠加成三维实体,它将一个复杂的三维加工简化成一系列二维加工的组合。它也被称为增材制造技术。是美国第三次工业技术革命的产物,是一种制造技术。传统的制造技术需要将制造材料放在固定的容器中进行浇筑,然后生产产品。而3D打印则是以数字模型文件为基础运用塑料、金属等粉末状的可粘合材料,经过逐层打印构造而成。
 

一般分为三步来进行:其一是要有设计好的模型,在计算机相应的位置输入设计数据。其二是运用计算机对设计的3D数据模型进行扫描和识别,在指令的操作之下,形成许多个单层图像。最后一步是根据第二步中出现的多个单层图像,按照指令将每一层的材料叠加上去,形成立体和现实的物品。运用3D打印技术进行建筑模型设计时不仅可以减少制造的时间,同时也能降低成本,无论其需要涉及的构造是否复杂,3D打印的设计都可以较快的设计出来。由此可见,3D打印技术具有很大的发展潜力。
        3D打印技术的应用范围非常广泛。建筑设计、产品设计、机械制造、模具制造等都有普遍的应用,并且取得了较好的效果。随着3D打印技术的不断发展,它将在更多方面发挥着重要的作用。3D打印技术现在比较重要的应用领域是产品设计和建筑设计,产品设计方面,3D打印技术提供了一种新的产品开发模式。在建筑设计领域的应用,3D打印技术主要是运用在大型建筑的主体设计层面,通过这项技术帮助设计出建筑师最初的想法,完美的还原建筑。通过3D打印技术设计的建筑模型不仅逼真,而且有利于成本的降低,节省人力和物力。

二、3D打印在建筑设计模型应用中的优劣势
1、打印复杂结构的模型
在3D打印技术可以打印食品、玩具、汽车的今天,它还在创造无限的可能。 首先3D打印技术可以加工传统方法难以制造的零件。过去传统的制造方法就是一个毛坯,把不需要的地方切除掉,或者采用模具,把金属和塑料融化灌进去得到这样的零件,这样对复杂的零部件来说加工起来非常困难。而3D打印技术可以打印非常复杂的零件。


2、3D打印建筑节约时间
时间就是金钱,效率就是生命,科技的进步正是提高效率的有效方法,3D打印技术进行建筑设计模型的应用时,可以直接将建筑模型进行多种层面的操作,元素自动生成,无需在进行浪费时间的复制工作,这样可以使设计团队的成员直接进行意念上的合作与对接。建筑的精髓在于设计,那么施工如果能做到完美。一栋几十层高的楼,普通施工,大概需要半年至一年才能施工完毕。而当前3D打印机可在24小时内打印10栋200平方米的建筑。

3、3D打印建筑材料强度高
3D打印建筑的墙体与传统建筑的墙体具有很大的不同,3D打印的喷口按照螺纹结构依次打印,最后呈“Z” 字形排列,一层一层的叠加,形成墙体,因此墙体结构是中空的。3D打印出的建筑材料强度高、质量轻,比起传统建筑材料要有很大的优势,因其中空的“Z” 字形结构,产生一种三角形的稳定支撑,从而抗震效果也会更好。

4、3D打印建筑更加环保,绿色
相比于传统制造业的浪费资源,破坏环境,新兴的3D打印技术可以完全避免这些问题,因为这种技术是直接按照电脑的设计进行打印操作的,3D打印的材料来自于建筑垃圾、工业垃圾等,废物利用,通过一些技术手段进行加工分离,产生了类似与普通打印机的“油墨”,过程中因为没有沙子、石子、水泥等材料的运输,从而不会产生扬尘,污染环境。并且不需要切割,一次成型。

 

(责任编辑:中国3D打印网)

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