3D打印建筑發(fā)展動態(tài)分析報告(上)
3D打印技術，被譽為“第三次工業(yè)革命”的重要制造技術，正隨著經(jīng)濟的發(fā)展逐漸深入到汽車工業(yè)、機械制造、生物醫(yī)療、食品、教育、建筑、航天航空等工業(yè)領域。隨著人口的不斷增加，住房、工業(yè)等建筑的需求也不斷的增大。但隨著社會老齡化的不斷加劇、勞動力的喪失，傳統(tǒng)的施工工藝已經(jīng)不能滿足需求，使得住房問題也是迫在眉睫。隨著3D打印技術的不斷發(fā)展，特別是3D打印技術在建筑行業(yè)的成功應用，為解決住房問題提供新的發(fā)展思路。
與傳統(tǒng)的建造工藝相比較，3D打印建筑技術具有施工速度快、工期短、施工成本低、材料利用率高、環(huán)境污染小等優(yōu)點。可以說，3D打印技術在建筑業(yè)中應用是一次巨大的改革創(chuàng)新，它所引領的產業(yè)變革有望成為建筑業(yè)未來的方向。因此，3D打印建筑將有著廣闊的發(fā)展前景。
通過了解國內外3D打印技術和3D打印建筑發(fā)展的最新動態(tài)，學習國內外先進的技術應用及發(fā)展方向，填補集團在3D打印建筑相關領域內的空白。
報告內容
第一部分：3D打印技術的發(fā)展及意義
1.1、3D打印技術的發(fā)展歷程
1）3D打印技術的起源
3D打印技術最原始的思想在19世紀起源于美國，但是因為當時的科學技術并不發(fā)達，一直到20世紀80年代的時候才有了進一步的發(fā)展。
1983年，查爾斯·赫爾發(fā)明了液態(tài)樹脂固化（或光固化)3d打印技術，并在第二年獲得了美國專利。
在20世紀80年代的中期，在美國的德州大學奧斯汀分校的KarlDeckard博士開發(fā)了SLS（選擇性激光燒結技術）并且獲得了專利。
1986年，查爾斯·赫爾開發(fā)了第一臺商業(yè)3D打印機，有史以來第一件結合電腦繪圖、固態(tài)激光與樹脂固化技術的3D打印技術之專利證書。在此之后，3D打印技術才算是真正的面向了世界。
2）3D打印技術的發(fā)展
在1983年后，3D打印技術進入了一個較快的發(fā)展階段。通過表1的表中，我們可以直觀的看出3D打印技術在一步步成熟起來。
表13D打印技術發(fā)展歷程
通過表1可以發(fā)現(xiàn)，3D打印技術的發(fā)展越來越快，越來越貼近于生活，我們完全有理由可以相信3D打印機技術的發(fā)展會改變我們對世界的認知。
1.2、3D打印技術的國內外發(fā)展現(xiàn)狀
國外方面，經(jīng)過30多年的探索和發(fā)展讓3D打印技術有了長足的進步。
目前在全球3D打印機行業(yè)中，美國的3DSystems和Stratasys兩家公司占據(jù)了絕大部分的市場。除了以上兩家公司外，國外在3D打印這個領域擁有比較強技術實力或者比較有特色的企業(yè)和研發(fā)團隊中，還有美國的FabHome和Shapeways、英國的Reprap等。
在快速成型設備上，3DSystems公司是全球最大的開發(fā)公司。自從在2011年11月收購了3D打印技術的最早發(fā)明者和最初專利擁有者ZCorporation公司后，它就奠定了3D打印技術領域上的龍頭地位。Solidscape也不甘示弱，先是在2010年和傳統(tǒng)傳統(tǒng)打印行業(yè)巨頭惠普公司簽訂了OEM（即代工生產）合作協(xié)議，生產HP品牌的3D打印機。在2012年4月更是和以色列著名3D打印系統(tǒng)提供商Objet宣布合并。目前，國際上的3D打印機制造業(yè)正在處于迅速的兼并與整合過程中，而行業(yè)的巨頭也是在加速崛起。
在歐美等發(fā)達國家，成功的3D打印商用模式已經(jīng)初步形成。在消費電子業(yè)、航空業(yè)和汽車制造業(yè)等領域。3D打印技術可以憑借著自身的優(yōu)勢，以比較低廉的成本，較高的生產效率來生產小批量的定制部件，完成一些復雜而精細的造型。與國外相比，國內3D打印的發(fā)展相對來說比較晚，在技術上和市場上與國外發(fā)達國家還有一定的差距。
從20世紀90年代至今，國內的眾多高校和企業(yè)開始自主研發(fā)3D打印技術。清華大學在現(xiàn)代成型學理論、分層實體制造、FDM工藝等方面具有著科研優(yōu)勢：華中科技大學而在層實體制造工藝方面更具優(yōu)勢，并且已經(jīng)推出了HRP系列成型機和成型材料；西安交通大學首先自主研制了三維打印機噴頭，并開發(fā)了光固化成型系統(tǒng)及相應成型材料，成型精度達到0.2mm；在微制造、光電器件等領域，中國科技大學自行研制的八噴頭組合噴射裝置可以的得到應用。雖然眾多高校都在自主研發(fā)3D打印技術，但總體而言，國內3D打印技術研發(fā)水平與國外相比還有較大差距。
此外，國內的眾多企業(yè)也紛紛投入到對3D打印技術研究當中，并實現(xiàn)了3D打印機的整機生產和銷售，如深圳維示泰克、南京紫金立德、北京殷華、江蘇敦超等企業(yè)。這些企業(yè)有一個共同的特點由海外歸國團隊建立，規(guī)模比較小，和國外的廠商相比，同類產比還處于低端。目前，國產的3D打印機在打印精度、打印速度、打印尺寸和軟件支持等方面的商用還難以滿足需求，技術水平還有待進步提高。和內地相比較，港臺地區(qū)的3D打印技術引入起步比較早，應用的更加廣泛。
1.3、發(fā)展3D打印技術的意義
英國的《經(jīng)濟學人》雜志發(fā)表的《第三次工業(yè)革命》里面，把3D打印技術稱為第三次工業(yè)革命的重要標志之一，這一觀點，引發(fā)了世人對3D打印的關注。作為新生事物，發(fā)展3D打印的意義何在？
第一，制造工藝的深刻變革。3d打印的特點在于通過逐層堆積材料進行加工，而不是通過去除多余材料進行加工。因此，這項工藝也被稱作“堆積制造”或“添加制造”。這改變了通過對原材料進行切削、組裝進行生產的加工模式，節(jié)省了材料和加工時間，帶來了制造工藝的深刻變革。
第二，制造技術的重大飛躍。3d打印技術是一種新興的高科技技術，綜合應用了cad/cam技術、激光技術、光化學以及材料科學等諸多方面的技術和知識，3d打印技術的不斷成熟將推動包括新材料技術、智能制造技術和堆積制造技術實現(xiàn)大的飛躍。
第三，制造模式的一次“革命”。3d打印作為一種新的加工工藝，將改變第二次工業(yè)革命產生的以裝配生產線為代表的大規(guī)模生產方式，使產品生產向個性化、定制化轉變，實現(xiàn)生產方式的根本變革。3d打印機的推廣應用將減少產品推向市場的時間，產品用戶只要簡單下載設計圖在數(shù)小時內通過3d打印機將產品“打印”出來，從而不需要大規(guī)模生產線，不需要庫存大量的零部件，不需要大量的工人。
第二部分：3D打印建筑的國內外發(fā)展現(xiàn)狀
2.1、3D打印建筑的概念
3D打印建筑技術是利用工業(yè)機器人逐層重復鋪設材料層構建自由形式的建筑結構的新興技術，這種工藝原理叫做增材制造，通過逐層累積最終形成一個成品。其構成和傳統(tǒng)打印機基本一樣，都是由控制組件、機械組件、打印頭、耗材和介質等架構組成的。根據(jù)電腦上設計的完整的三維模型數(shù)據(jù)，通過一個運行程序將材料分層打印輸出并逐層疊加，最終將計算機上的三維模型變?yōu)榻ㄖ䦟嵨铩Ｒ粋�房子或者一群房子，即使每幢建筑形態(tài)各異，都可以通過一個運行程序來自動構建。
2.1、3D打印建筑的國外發(fā)展現(xiàn)狀
從1986年CharlesHull獨創(chuàng)了將數(shù)字資源轉換成實體模型的技術到現(xiàn)在的3D打印技能運用到模具與模型制作、航天航空、食品產業(yè)、生物醫(yī)療、建筑工程、教育教學以及手勢和日常用品的個性化定制等各個領域，3D打印技術已經(jīng)經(jīng)過了一個持久且艱苦的成長道路。與其他應用領域相比，新興領域3D打印建筑才剛起步，目前仍停留在打印樣板房的階段，距大規(guī)模量產尚有距離。但其憑借著省人力、成本低、速度快、環(huán)保綠色的優(yōu)勢，未來勢必掀起工程建筑領域的革命，其潛在的發(fā)展前景已獲得業(yè)內認可。
從2013年開始，3D打印建筑在全球悄然興起，世界各國都掀起了3D打印房屋的熱潮。2013年1月，荷蘭阿姆斯特丹建筑大學的建筑設計師JanjaapRuijssenaars設計了全球第一座3D打印建筑物“LandscapeHouse”，并且?guī)е@個項目參加了Europan競賽。
LandscapeHouse
2013年8月，美國加州奧克蘭的設計工作室完成了世界上第一個3D打印建筑組件，該建筑的長寬均為10英尺(約3米)，高8英尺(約2.44米)。該建筑由585個聯(lián)鎖組件構成，共耗時10800個小時進行3D打印，最后拼裝花費了4天。所有組件都采用聚乳酸這種生物塑料制成，可以隨著時間分解，制造出無數(shù)個微型棲息地。
2014年，荷蘭阿姆斯特丹在一條運河旁建造一座3D打印房屋，由荷蘭DUS建筑師事務所設計，共有13個房間。該建筑的最終形態(tài)將類似傳統(tǒng)的荷蘭運河房屋，因此將其命名為“運河屋”(CanalHouse)。先由約3.5米高的特大型3D打印機逐層打印熔塑層，凝固后形成塑料塊，最后由工人搭建完成。目前，“運河屋”已經(jīng)在阿姆斯特丹北部地區(qū)動工，預計2017年竣工。
阿姆斯特丹“運河屋”
2016年，德國Dresden工業(yè)大學憑借其極具應用前景的混凝土3D打印技術ConPrint3D獲得了2016德國工程機械展的創(chuàng)新獎。運用該技術建造一棟普通民居僅需10小時，而傳統(tǒng)施工方法需要6天。
2017年，舊金山ApisCor房屋建筑初創(chuàng)公司與俄羅斯房屋建筑公司PIKGroup合作修建了一座房屋，只用了一天的時間和10134美元的建筑材料。其秘訣就是一臺3D打印機器人。
ApisCor建造的3D打印建筑
2017年3月，基礎建設技術公司－Cazza宣布將在迪拜建造世界上第一幢3D打印的摩天大樓。而在此前，迪拜在3D打印建筑領域已經(jīng)先后打印了未來博物館、辦公樓等一系列建筑。
2017年5月，烏克蘭的創(chuàng)業(yè)公司PassivDom也開發(fā)出一種3D打印的智能房屋。小屋基于模塊化原則，可以允許許多單元組裝在一起，以建造一個更大的建筑。這款3D打印小屋可以在任何環(huán)境中建造，讓用戶可以隨心所欲地住在大自然中，過上可持續(xù)發(fā)展和零碳排放的生活。
(責任編輯：admin)
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