3D打印是一種以數(shù)字模型為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或非金屬材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體空間形態(tài)的快速成型技術(shù)。由于其在制造工藝方面的創(chuàng)新，被認(rèn)為是“第三次工業(yè)革命的重要生產(chǎn)工具”。

空間結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，如網(wǎng)格，是一種高效的承重結(jié)構(gòu)，易于幾何適應(yīng)，非常適合無柱、長(zhǎng)跨度結(jié)構(gòu)，如機(jī)庫和航站樓，以及創(chuàng)建自由形式的幾何結(jié)構(gòu)。由于這些結(jié)構(gòu)必須同時(shí)承受壓縮力和拉伸力，因此它們通常由鋁和鋼等各向同性材料構(gòu)成。鋼筋混凝土也是另一種選擇，但卻受到高成本和混凝土本身結(jié)構(gòu)笨重外觀的限制。

在設(shè)計(jì)和制造方面，提出了一個(gè)數(shù)字化的工作流程，其中包括將自由幾何體合理化為完全由平面組件組成的自適應(yīng)空間模塊。為了快速和精確的制造，這些組件使用一種稱為“噴射混凝土3D打印”的新型3D混凝土打印技術(shù)進(jìn)行3D打印。正在進(jìn)行的研究是由一個(gè)示范性空間模塊的初始真實(shí)比例原型來證明的。

目前采用的3D打印材料都是以抗壓性能為主，抗拉性能較差，一旦拉應(yīng)力超過材料的抗拉強(qiáng)度，極易出現(xiàn)裂縫。正是因?yàn)榇嬖谥@個(gè)問題，所以目前3D打印房子的樓板只能采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆或預(yù)制樓板。

由于采用單一材料，沒有鋼筋的抗拉作用，對(duì)于混凝土類材料來說，一旦出現(xiàn)裂縫就喪失了抗拉能力，這會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件的連續(xù)破壞。所以打印材料本身應(yīng)具有良好的抗裂能力，能抑制本身的干縮和徐變等引起的裂縫。另一方面，材料應(yīng)有韌性，從結(jié)構(gòu)的安全角度考慮，要防止出現(xiàn)構(gòu)件的脆性破壞，從構(gòu)件出現(xiàn)裂縫到構(gòu)件損壞乃至結(jié)構(gòu)倒塌，應(yīng)有一定的時(shí)間和足夠的構(gòu)件變形量，以給出警示并有充足的時(shí)間方便人員撤離。

打印過程中打印材料需要通過輸送管道并經(jīng)打印頭的打印才能成型，因此打印材料應(yīng)具有良好的和易性。并且在打印過程中上層材料的堆積會(huì)對(duì)下層材料形成壓力，如果下層材料在短時(shí)間內(nèi)沒有形成足夠的強(qiáng)度，就會(huì)在壓力作用下變形，因此打印材料還應(yīng)具有較快的初凝時(shí)間和較高的初凝強(qiáng)度。

尋找具有良好抗壓、抗拉性能，較強(qiáng)的抗裂性能和韌性以及較快的初凝時(shí)間和較高的初凝強(qiáng)度的復(fù)合打印材料是當(dāng)前3D打印技術(shù)在建筑工程施工中應(yīng)用的關(guān)鍵。

3D打印建造技術(shù)作為一種全新的施工方法，與傳統(tǒng)的施工方法相比有諸多的不同點(diǎn)。

打印材料在形成強(qiáng)度之前都存在一個(gè)支撐問題，如果在一個(gè)復(fù)雜部件內(nèi)部沒有設(shè)計(jì)合理的支撐，打印結(jié)果很可能是會(huì)變形的。對(duì)于3D打印建筑來說，結(jié)構(gòu)材料自重大，支撐問題尤為突出。打印材料達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度之前時(shí)間較長(zhǎng)，如目前的混凝土的養(yǎng)護(hù)齡期為28d，對(duì)于梁板構(gòu)件，達(dá)到75%強(qiáng)度需要2周左右。在這段時(shí)間內(nèi)，支撐是必不可少的。因此對(duì)于3D打印建筑來說，如要在現(xiàn)場(chǎng)一次成型打印建筑，如何設(shè)置支撐是一個(gè)必須解決的問題。

目前的3D打印材料還存在性能較差等諸多問題，如要在此基礎(chǔ)上建造3D打印建筑，對(duì)構(gòu)件配筋是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的方法，但是如何在打印過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)構(gòu)件的配筋是一個(gè)需要考慮機(jī)械、材料、工藝等多方面因素的綜合性問題，需要多學(xué)科配合才能解決。

3D打印技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用目前主要集中于設(shè)計(jì)階段，在建筑施工階段的應(yīng)用還處于探索階段，有很多實(shí)際問題需要解決，但3D打印建造技術(shù)能節(jié)省材料，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)成本，具有很好的市場(chǎng)前景，符合國(guó)家的可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃，因此我們相信3D打印建造技術(shù)的應(yīng)用前景是廣闊的，3D打印建筑時(shí)代的來臨一定會(huì)給我們帶來意想不到的改變。