说到打印大家脑海中第一反应就是那个办公室“滋滋滋”的打印机吧，白纸黑字一起被齐刷刷地吐出来，大家听说了吗？近期建筑行业兴起的建筑3D打印，你住的房子也可以被这样打印出来哦！
近日，两座利用3D打印技术建造的苏式庭院别墅亮相山东省滨州市一小村庄，建房的材料是水泥混凝土，与普通人造房屋不同，3D打印出来的墙体是凹凸不平的波浪形，造房的整个过程都是由电脑程序控制完成。按照设计图，用3D打印机喷嘴喷出高密度、高性能混凝土，逐层打印出墙壁和隔间、装饰等，再用机械手臂完成整座房子的基本架构。据了解，3D打印建筑建成快、造价低、更环保、创意空间大，所有墙壁内外没有一块砖，整体造价每平方米约为5000元，两个月即可入住。
打印房子的过程好像挤奶油，将建筑用“油墨”从打印喷头中挤压出来，连续打印一层层叠加，每层的厚度可以为0.6 cm~3 cm，多层叠加之后就能形成一块数米高的建筑构件，多个建筑构件在一起就能拼成一个完整的房子。
3D打印技术涉及的主要技术
建筑3D打印，顾名思义，就是按照设计好的建筑信息模型，通过专用的建筑3D打印装备将建筑材料按照3D打印的方式打印成建筑。3D打印建筑可以提高建筑的品质，而且相比传统的建筑建造方式，其更加坚固耐用、更加生态环保，具有良好的社会效益和经济效益。
虽然3D打印技术的发展已经有较长的历史了，但是一直缺少突破点，尤其是在建筑工程领域。目前，在建筑工程领域，3D打印主要用在建筑模型风洞试验和效果展示，建筑工程和施工模拟方面，而将3D打印用于实体建筑的建造是近几年才兴起的研究热点。
长期以来，建筑工程建造方式受限于传统的建造工具及技术手段，一方面，建筑师对三维建筑形式天马行空的想象力和创造力难以付诸实践，另一方面，粗犷的建造技术给环境带来了严重的破坏，造成了巨大的资源消耗和浪费。
随着当今全球经济的发展，社会的进步，城市化进程的加快，人们生活水平的提高，造型独特、轻质高强、绿色环保的新型建筑形式已经成为未来建筑及结构构造的功能需求和发展趋势; 同时，传统的高消耗、用资源换效益的生产方式已经越来越难以为继，建筑行业需要寻找新的建造方式。
建筑3D打印数字建造技术将是一种有效的解决途径，其数字化、自动化的建造方式将给建筑业带来翻天覆地的变革。
建筑3D打印方面的创新研究
要实现建筑的3D打印，必须在3个方面实现突破。首先，要研发新型的建筑材料，虽然混凝土可以用于3D打印，但是在没有钢筋共同作用的情况下，其凝固后的力学性能并不能满足建筑的安全要求；其次，在建筑3D打印装备方面尚需研发，与其他3D打印不同的是，建筑3D打印需要一个巨型的3D打印装置，通过与计算机相连接，将设计蓝图变成实物。目前，3D打印建筑技术只能通过打印构件来进行拼装，还不能完成较大体量建筑的整体打印。最后，针对建筑本身体量巨大的特点，如何通过信息化技术合理规划打印路径从而提高打印效率也就成了亟待解决的问题。
在建筑用3D打印装置研发及探索性应用方面，意大利Enrico Dini发明了世界首台大型建筑3D打印机，通过黏合物和沙子一层层结合，最终形成石质建筑物。美国南加州大学Behrokh Khoshnevis教授研发出了“轮廓工艺”3D打印技术，使用该技术24 h内就可以打印出大约232 ㎡的两层楼房。英国设计师Softkill Design着手使用3D打印技术建造大批量以骨骼架构为原型，以纤维尼龙为结构的民用住房。荷兰DUS建筑师事务所设计在荷兰阿姆斯特丹开始建造一座名为“运河屋”3D打印房屋，采用了被称为“KamerMaker”的特大型3D打印机。在我国，上海盈创装饰设计工程有限公司使用自主研发了一部长×宽×高分别为150 m×10 m×6.6 m的打印机，通过该打印机和特殊的“油墨”在24 h内打印出10栋200 ㎡的建筑。由LCD(创意设计实验室)设计、建造并在北京国际侨福芳草地LG2中庭广场展出的VULCAN (火山)创造了世界最大的3D打印建筑结构的纪录。
未来，3D打印建筑技术将沿着两条不同的路线发展：一种模式如同现在的预制构件厂，可以将已经设计好的房屋分解成若干个模块，通过大型3D打印机快速生产出不同类型的模块，运送到施工现场进行快速装配，建筑物将实现模块化建造，但是除少数造型复杂的模块外，这种生产方式比目前的预制构件生产要复杂得多；另外一种模式是将3D打印所需要的材料生产之后运送到施工现场，经过巨型3D打印机将材料从打印头内喷射出来，将建筑物一层一层打印出来，建筑物就好像巨型植物一样“生长”出来。对于第一种模式，不但需要考虑模块打印的质量，尚需考虑打印好的模块如何运输到现场，以及如何进行现场的装配，而这些都将影响建筑物的质量。
第二种模式将会是以后建筑用3D打印技术发展的主流方向，通过现场的直接打印“生成”所需要的建筑物，可以避免第一种模式的各种缺点，建筑质量将得到保证，但是采用这种模式也带来了新的问题，那就是现有的建筑用3D打印技术无法适应体量巨大的实体建筑的整体打印，包括因为实体建筑巨大的体量所带来的打印效率和打印精度的矛盾，打印物体体量与打印精度的矛盾以及现有建筑用3D打印装置无法适应建筑高度的问题。为解决这些问题，必须研发一种新型的建筑用自爬升分布式3D打印装置，并且针对该装置多打印头的特点，引入人工智能算法，进行多打印头协同路径规划关键技术的研究工作。
对于建筑3D打印的发展，我们还需要做什么呢？
1)研发安全性高及可打印性好的新型的3D打印材料，针对现有的建筑材料在自身性能及3D可打印性上的先天不足，研发具有高流态，固化时间短，层间间接性能好，固化后结构物整体安全性高的新型建筑材料。包括对现有建筑材料进行试验验证，对现有3D打印材料是否可用于建筑3D打印的研究等。
2)研发建筑用多打印头分布式自爬升3D打印装置，针对建筑结构体量巨大，现有建筑用3D打印装置效率与精度不能兼顾的问题，研究开发节能环保、安全性高、施工速度快，能够适应不同类型建筑的多打印头分布式3D打印装置。针对现有建筑用3D打印装置对建筑高度的适应性问题，研究开发可连续爬升、高稳定性的3D打印装置自爬升机构。
3)研究基于人工智能的多打印头协同路径规划关键技术，针对分布式3D打印装置多打印头的特点以及3D打印中被打印物体体量与打印精度的矛盾，研究基于人工智能的多打印头协同路径规划关键技术。包括建立多打印头系统路径规划数学模型，进行人工智能算法开发，对多种人工智能算法在多打印头协同路径规划中的性能进行分析比较选择，对算法参数进行优化与设定，开展二维、三维空间下多打印头协同路径规划关键技术模拟试验。
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