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摘 要： 目前，建筑行业的自动化水平与其他行业相比尚显落后，随着世界特别是发达国家对工程建造建设概念的转变，实现快速、高效的自动化建造已成为世界建筑行業的发展趋势。建筑3D打印技术是近年来产生的一项高新自动化建筑技术，具有广阔的发展潜力，对其进行系统的研究是非常必要的。
关键词： 3D打印；建筑；自动化；
【中图分类号】 TU741. 2 【文献标识码】 A 【文章编号】 2236-1879（2018）02-0035-01
1 引言
近年来，随着计算机技术、传感技术、数控技术以及自动化技术的发展，自动化系统的作用和精度得到很大提高。目前，自动化系统已经取代了许多复杂、枯燥和危险的工业生产活动。在制造业方面，航空航天，船舶制造、汽车制造等行业，不仅拥有先进的计算机辅助设计（CAD）系统，同时也具备完善的自动装配解决方案。然而，建筑行业建设自动化的发展落后于其他行业几十年。同时，建筑业存在着一些严重的问题：
a）建筑工地事故率高；
b）工作质量低；
c）施工现场管理困难；
d）劳动效率低；
e）熟练劳动力短缺。
2 建筑3D打印基本原理及特点
2.1 建筑3D打印基本原理。
3D打印技术，学术上又叫增材制造。美国的3D打印技术委员会对3D打印的定义如下：3D打印是一种与传统的材料加工方法截然相反，基于三维CAD模型数据，通过增加材料逐层制造的方式，直接制造与相应数学模型完全一致的三维物理实体模型的制造方法。3D打印基本原理如图2-1所示。
（1）三维模型的建立。建立三维模型的方法有两种：一，通过计算机辅助设计软件（如Autocad， Pro/e， UG等）直接建模；二，利用逆向反求工程，通过点云数据构造出三维实体模型。
（2）三维模型近似模拟。通过计算机辅助设计软件或逆向反求工程得到的三维模型必须要转化为快速成型系统能够识别的数据格式才能在快速成型系统中使用。目前，快速成型系统能够识别接受的文件格式有很多，如STL， CLI，LMI等，其中STL文件格式是最常用的数据格式，可以通过计算机辅助设计软件直接输出。
（3）分层切片处理。3D打印是一个“离散、堆积”的过程，为满足加工的需要，三维模型必须要用一系列平行、等间距的二维模型进行近似拟合，这个过程称为分层切片处理。分层越多，产品精度越到，但加工时间也长；分层越少，产品精度就低，但加工时间较快。
（4）层片路径规划。根据3D打印的加工要求，分层切片处理得到对的层片轮廓需要转化为3D打印喷头的运行路径，这样才能进行层片的填充，这个过程称为层片路径规划。为获得良好的打印效果，需要将层片轮廓转化为具体的喷头运行路径，并进行合理优化。
（5）层片加工与叠加。规划好喷头运行路径以后，就可以进行层片的加工与叠加。3D打印喷头在控制系统的控制下按照规划好的路径进行打印，然后层层叠加，得到最终产品。
建筑3D打印就是利用3D打印层层堆积的基本原理，采用工业机器人逐层重复铺设材料层构建自由形式的建筑结构的新兴技术。建筑3D打印机的构成和传统打印机基本一样，一般都包括控制组件、机械组件、打印头、耗材和介质等。建筑3D打印机根据电脑上设计的完整的三维模型数据，通过一个运行程序将材料分层打印输出并逐层叠加，最终将计算机上的三维模型变为建筑实物。
3、建筑3D打印特点
由于其层层增加材料以制造三维物理实物模型的基本原理。3D打印与传统的数控加工减材制造相比，具有诸多特点和优势。建筑3D打印除了具有3D打印技术的一般特点以外，还有属于建筑建造本身的一些特点，与传统施工工艺相比，建筑3D打印技术的优势主要有：
（1）建造速度快，并且能够适用于各种复杂的建筑类型，不需要模板，同时不增加成本；
（2）建筑3D打印过程由电脑程序控制，数据信息直接来源于CAD模型，具备更高的施工精度和设计自由度；
（3）定制性强，适合消费者根据自身需求定制个性化产品；
（4）全程自动化建造，不需要人工干预，可以大大减少人工成本，降低出现安全事故的风险
（5） 3D打印过程是层层叠加，整体结构成型，可以增强建筑结构的整体性及抗震性能；
（6）能够适用于极端条件下的施工建造，如高原、雪山、沙漠甚至是地外星球太空基地的建设；
（7）可用于破损古建筑的精准修复，对文物保护有重要积极作用；
（8）打印过程绿色环保，从而有效降低建筑粉尘、建筑垃圾的产生。
4、结语
上所述，国内关于建筑3D打印的研究主要局限于个别学者对国外己有成果的综述，缺乏具体的研究，虽然有个别高新技术企业开展了关于建筑3D打印的切实的研究，但其关键核心技术尚未公开。国内关于建筑3D打印的关键技术、关键问题尚不明确，因此需要对其进行系统的分析和研究，这也正是本文研究的出发点。
参考文献
[1] 于雷.数字设计—从设计到建造的新途径.建筑技艺，2014（04）： 48-53.
[2] 王子明，刘玮.3D打印技术及其在建筑领域的应用.混凝土世界，2015 （01）： 50-57.
[3] 范诗建，杜晓，陈兵.磷酸盐水泥在3D打印技术中的应用研究.新型建筑材料， 2015（01）：1-4.
作者简介：曾辉（1994-至今），性别男 民族汉 籍贯湖北 学历本科 职称，研究方向建筑学
关键词： 3D打印；建筑；自动化；
【中图分类号】 TU741. 2 【文献标识码】 A 【文章编号】 2236-1879（2018）02-0035-01
1 引言
近年来，随着计算机技术、传感技术、数控技术以及自动化技术的发展，自动化系统的作用和精度得到很大提高。目前，自动化系统已经取代了许多复杂、枯燥和危险的工业生产活动。在制造业方面，航空航天，船舶制造、汽车制造等行业，不仅拥有先进的计算机辅助设计（CAD）系统，同时也具备完善的自动装配解决方案。然而，建筑行业建设自动化的发展落后于其他行业几十年。同时，建筑业存在着一些严重的问题：
a）建筑工地事故率高；
b）工作质量低；
c）施工现场管理困难；
d）劳动效率低；
e）熟练劳动力短缺。
2 建筑3D打印基本原理及特点
2.1 建筑3D打印基本原理。
3D打印技术，学术上又叫增材制造。美国的3D打印技术委员会对3D打印的定义如下：3D打印是一种与传统的材料加工方法截然相反，基于三维CAD模型数据，通过增加材料逐层制造的方式，直接制造与相应数学模型完全一致的三维物理实体模型的制造方法。3D打印基本原理如图2-1所示。
（1）三维模型的建立。建立三维模型的方法有两种：一，通过计算机辅助设计软件（如Autocad， Pro/e， UG等）直接建模；二，利用逆向反求工程，通过点云数据构造出三维实体模型。
（2）三维模型近似模拟。通过计算机辅助设计软件或逆向反求工程得到的三维模型必须要转化为快速成型系统能够识别的数据格式才能在快速成型系统中使用。目前，快速成型系统能够识别接受的文件格式有很多，如STL， CLI，LMI等，其中STL文件格式是最常用的数据格式，可以通过计算机辅助设计软件直接输出。
（3）分层切片处理。3D打印是一个“离散、堆积”的过程，为满足加工的需要，三维模型必须要用一系列平行、等间距的二维模型进行近似拟合，这个过程称为分层切片处理。分层越多，产品精度越到，但加工时间也长；分层越少，产品精度就低，但加工时间较快。
（4）层片路径规划。根据3D打印的加工要求，分层切片处理得到对的层片轮廓需要转化为3D打印喷头的运行路径，这样才能进行层片的填充，这个过程称为层片路径规划。为获得良好的打印效果，需要将层片轮廓转化为具体的喷头运行路径，并进行合理优化。
（5）层片加工与叠加。规划好喷头运行路径以后，就可以进行层片的加工与叠加。3D打印喷头在控制系统的控制下按照规划好的路径进行打印，然后层层叠加，得到最终产品。
建筑3D打印就是利用3D打印层层堆积的基本原理，采用工业机器人逐层重复铺设材料层构建自由形式的建筑结构的新兴技术。建筑3D打印机的构成和传统打印机基本一样，一般都包括控制组件、机械组件、打印头、耗材和介质等。建筑3D打印机根据电脑上设计的完整的三维模型数据，通过一个运行程序将材料分层打印输出并逐层叠加，最终将计算机上的三维模型变为建筑实物。
3、建筑3D打印特点
由于其层层增加材料以制造三维物理实物模型的基本原理。3D打印与传统的数控加工减材制造相比，具有诸多特点和优势。建筑3D打印除了具有3D打印技术的一般特点以外，还有属于建筑建造本身的一些特点，与传统施工工艺相比，建筑3D打印技术的优势主要有：
（1）建造速度快，并且能够适用于各种复杂的建筑类型，不需要模板，同时不增加成本；
（2）建筑3D打印过程由电脑程序控制，数据信息直接来源于CAD模型，具备更高的施工精度和设计自由度；
（3）定制性强，适合消费者根据自身需求定制个性化产品；
（4）全程自动化建造，不需要人工干预，可以大大减少人工成本，降低出现安全事故的风险
（5） 3D打印过程是层层叠加，整体结构成型，可以增强建筑结构的整体性及抗震性能；
（6）能够适用于极端条件下的施工建造，如高原、雪山、沙漠甚至是地外星球太空基地的建设；
（7）可用于破损古建筑的精准修复，对文物保护有重要积极作用；
（8）打印过程绿色环保，从而有效降低建筑粉尘、建筑垃圾的产生。
4、结语
上所述，国内关于建筑3D打印的研究主要局限于个别学者对国外己有成果的综述，缺乏具体的研究，虽然有个别高新技术企业开展了关于建筑3D打印的切实的研究，但其关键核心技术尚未公开。国内关于建筑3D打印的关键技术、关键问题尚不明确，因此需要对其进行系统的分析和研究，这也正是本文研究的出发点。
参考文献
[1] 于雷.数字设计—从设计到建造的新途径.建筑技艺，2014（04）： 48-53.
[2] 王子明，刘玮.3D打印技术及其在建筑领域的应用.混凝土世界，2015 （01）： 50-57.
[3] 范诗建，杜晓，陈兵.磷酸盐水泥在3D打印技术中的应用研究.新型建筑材料， 2015（01）：1-4.
作者简介：曾辉（1994-至今），性别男 民族汉 籍贯湖北 学历本科 职称，研究方向建筑学