高新技术
2016年12期︱31︱
3d 打印技术在土木工程中的运用
马宝森
临沂市规划信息服务中心，山东 临沂 276000
摘要：计算机的飞速发展，使3d 打印技术在各个领域中都得到了广泛应用。目前，3d 打印技术已经被应用到了土木建筑行业中，并且随着人们研究的逐步深入，该技术也变得更加成熟，同时取得了不错的应用成绩。为了进一步提高3d 打印技术在土木工程中的应用，应当加强对其的探讨与分析。
关键词：3d 打印技术；土木工程；建筑行业
中图分类号：TP334.8 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2016）12-0031-01
3d 打印技术自从出现后，就得到了人们的重视，并且随着人们研究的不断深入，该技术变得更加成熟。目前，利用3d 打印技术不仅可以打印小件工艺品，而且能够打印出汽车等大型的物品，同时，该技术在建筑领域中也得到了广泛应用。 1 3d 打印技术原理分析 日常生活中应用的普通打印机，能够完成对电脑设计的平面物品的打印，3d 打印机与普通打印机相比，在工作原理上是相同的，差别主要体现在打印材料上。普通打印机使用的材料为纸张和墨水，而3d 打印机装有陶瓷、塑料、泥沙、金属、混凝土等各种不同类型的“打印材料”，这些都是实实在在的原材料，将电脑与打印机进行连接后，打印机的各项操作都受电脑的控制，在电脑控制下，3d 打印机，将“打印材料”叠加起来，最终将计算机中设计的蓝图，转变为实物。通俗一些说，就是利用3d 打印机，能够打印出真实的3D 物品[1]
。例如，通过3D 打印机打印一个玩具车、机器人，各种各样的模型，甚至可以打印出食物。将其称作为“打印机”，是因为在工作原理上与普通打印机相同，其在分层加工时，与喷墨打印有着许多相似之处，该项技术也被称作3D 立体打印技术。 3d 打印存在许多不同技术，其在具体应用中的不通之处主要体现在材料上的不同，并且在具体打印过程中，通过不同的构建创建部件。3d 打印过程中常用的材料有尼龙玻纤、石膏材料、钛合金、不锈钢、橡胶材料等。 2 3d 打印技术应用的优势 2.1周期短 传统模型在制作过程中，通常都需要经过模具设计、模具制作、休整等多到工序完成，制造周期相对来说较长。而利用3d 打印技术，去除了模具制作过程，使整个制造过程变得更加简单化，缩短了生产时间，提高了生产效率。 2.2 精度高 随着3d 打印技术逐渐成熟，3d 打印成型的精准度得到了进一步提升，从目前市面上采用的3d 打印机来看，3d 打印成型的精准的都能控制在0.3mm 范围内。例如，3DSytems 公司成产的Prpjet SD6000/7000在打印成型过程中的最高精准度能够达到0.025-0.05mm，该精度能够满足多数产品在具体生产过程中的需求，并且随着技术发展，其精准度也将进一步提高。 2.3 个性化制作，材料多样化 3d 打印在一定程度上依赖CAD 技术，一般来说，只要在图纸上完成设计，就可以通过连续物理层叠加，完成打印，通过这种打印方式，很好的避开传统工艺在生产上的复杂流程，简化了生产流程[2]
。此外，3d 打印使用的材料具有多样化特点，一个3d 打印系统在应用过程中，通常可以实现对多种不同材料的打印，或则可以完成对多种混合材料的打印，这一性能，使其能够满足不同行业在具体生产过程中需求。 2.4 制作成本低 3d 打印技术目前已经被许多大公司应用，取代了一些传统加工制造方法，并且从实际应用情况来看，也取得了不错的成绩。依据相关统计表明，通过降低海外运供货商的运输、包装、劳动等多项成本，同时采用可靠、便宜的新型材料，利用3d 打印进行小批量构件生产，加工成本可以降低68%左右。 2.5 节能环保 利用3d 打印技术生产产品，在具体制作过程中，形成的垃圾减少，这降低了对环境的污染。例如，在一些塑料和钢材的制造过程中，会消耗大量的材料，并且会产生大量工业肥料，这对于现代社会的可持续发展相矛盾[3]
。以钢材生产为例进行分析，钢材的焊接与切割，都会造成大量的材料浪费，这是人们不想看到的，而利用3d 打印技术进行快速打印，省略了该过程，实现了节能环保。这些优势使3d 打印技术能够在许多领域中应用，特别是在土木工程领域中的应用，取得了不错的成绩。 3 3d 打印技术在土木工程中的具体应用及前景分析 3.1 首台3d 打印机在土木工程中应用
首台3d 打印机能够将4m 的建筑材料直接打印在建筑物中。该打印机底部有上百个喷嘴，通过喷嘴可以喷射镁质黏合物，并且能够铸成石质固体。3D 打印在工作情况下，沿着水品轴梁及垂直方向进行往返运动，打印机在工作中，每一打印厚度在5-10mm。打印过程中的操作，可以通过电脑上的CAD 技术完成，打印完成后的建筑物的地质与大理石相似，与混凝土相比，其强度要更高，在具体生产中，需要在内置铁管，就可以完成相应的加固操作，确保工程质量能够达到要求标准。 3.2 3d 打印技术在土木工程中的具体应用
在土木工程建设过程中，应用3d 打印技术能够大幅度降低工程建设成本，同时还具有传统建筑在施工中不具备的低碳、环保等优势。 现阶段，3d 打印技术经过一段时间的发展，已经逐渐成熟，在应用中并必须要庞大的施工队伍，这从本质上节约了劳动成本，提
高了生产效率。此外，通过3d 打印技术能够解决其它生产方式无法解决的曲线建筑造型打印，并且最终打印出的建筑，还具有重量轻、
强度高等特点[4]
。从目前3d 打印技术的具体发展情况来看，无法进行大体积建筑物打印，主要采取打印构件，然后拼装的方式完成土
木工程建造。如果要想打印几十层建筑，则需要设计庞大的3d 打印机，同时也要解决打印机构自身在强度上存在的问题。 3.3 3d 打印技术在的应用前景 第一，商品混凝土的材料与现在相比会增加很多，同时其应用也将会变得更加广泛。例如，未来在土木工程建设中，可能利用树脂材料、特种水泥材料等。此外，为了满足3d 打印机在运行中的实际需求，
对材料的粗细情况也会提出更高要求，有可能通过破碎技术，生产一些现在不存在的材料，同时在外加剂的应用上也会发生明显改变。 第二，设计混凝土配合比，还需要一些更加成熟的理论支持。这主要因为，利用3D 打印技术，应用的混凝土与传统的生产方式使用的混凝土存在较大区别，混凝土在性能上也会存在巨大差异，不再是传统的砂率、水灰比可以左右的，因为性能上的改变，混凝土的收缩、硬化力等都与传统混凝土存在区别，因此需要理论的支撑，
提高混凝土的强度、耐久度，一切从实际出发，提高混凝土的性能，确保土木工程质量能够达到标准要求。 第三，3d 打印机会随着时间不间断工作，混凝土生产持续性也会随着3D 打印全程转动。这也使得工程的生产会在一次或一个周期内完成，这对搅拌系统提出了更高的要求，搅拌过程应当在搅拌运输车完成。 4 结束语 随着3d 打印技术的不断成熟，其在土木工程建设中的应用也将
会变得更加广泛。这一方面促进土木工程建筑行业的发展，另一方面也对生系统提出了更高的要求。例如，混凝土计量的精准性、混凝土搅拌的均匀性、生产效率等，提高了商品混凝土门槛要求，为工程建设提供高质量材料。 参考文献： [1]王颖,袁艳萍,陈继民. 3D 打印技术在模具制造中的应用[A]. 中国
机械工程学会特种加工分会.第16届全国特种加工学术会议论文集（下）[C].中国机械工程学会特种加工分会:,2015. [2]王丽萍,徐蓉,苗冬梅,等. 苏州某试验楼项目3D 打印实体建筑施工技术研究[J]. 施工技术,2015(10).
[3]张云,苏义坤. 3D 打印建筑的发展与展望[J]. 山西建筑,2015(34). [4]武威,王正君,赵春梅. 3D 混凝土打印技术现状及发展前景[J]. 黑龙江水利,2015(12).