3D打印技术在建筑景观设计中的有效应用
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摘 要：越来越多的新技术随着科技发展而逐渐产生，且3D打印技术应运而生，逐渐获得各行业关注，在医疗、建筑、工业设计、机械制造等行业中均获得广泛化应用。该文将主要致力于展开在建筑景观设计中，3D打印技术的应用效果，首先指出建筑景观设计领域中，3D打印技术的存在优势，并具体阐释出其具体化应用，最终给出建筑3D打印的发展思考，以期在建筑景观设计中，3D打印技术能够获得有效性应用。
关键词：景观设计 有效应用 3D打印技术 建筑
中图分类号：TU741.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）01（b）-00-02
3D打印是一种应用塑料或粉末状金属，并以数字模型文件为基础，经逐层打印构造物体技术，其是所谓的快速成形技术。而传统二维打印，产生的二维平图图像是经油墨进行喷刷产生。3D打印技术能够将模型的结构和细节进行真实性还原，是立体化的打印，以三维模型为基础，所以传统和3D打印技术存在极大不同。3D打印制造更快速、更高效，加工和制作过程简单快捷，工艺流程短、全自动[1]。所以，特别是在工业设计、建筑领域中，获得极大的欢迎及关注度。
1 建筑景观设计领域中3D打印技术的存在优势
1.1 加工材料的多样性
3D打印技术较传统制造方式，有极为丰富的可用材料，包含镁铝合金、陶瓷、光敏树脂、有色金属等，abs、pa、ep包含于工程塑料中，pla、petg等包含于生物塑料中。可用的材料多，实现的可能性更高，决定这一技术有更广的适用面，对于树脂、金属、abs等材料，无需经再次翻制，能够直接输出为模型。
1.2 小批量生产成本低
传统模具开发及机械加工生产线均属于大批量生产方式，成本因生产数量多而越低，且其模具开发及生产线的费用高昂。3D打印技术相较于大批量生产，生产多件或一件成本几乎一致，且小批量加工成本更具优势，更适合于停产稀缺零件复刻、样品展示模型、个性化定制产品、模具制作等层面。小批量生产的优势在景观设计表达层面更具优势，因其设计开发周期很长，多为概念方案模型，方案的最终确定需经设计多次调整获得，但是不管获得怎样调整之后的样式，为了提升效率，获得更低成本，仅仅需替换打印修改部分的模型[2]。
1.3 可实现复杂造型
三轴或五轴的三维雕刻机，以及传统的切割加工，是一种减材制造加工方式，均是选择刀具行材料切削去除。此种加工方式通过去除材料实现成型，开始于已有的零件毛坯，所以，无法精准加工完成减材制造，受刀具及刀头可实现空间深度限制，因此复杂的外观造型及三维空间结构很难以制造出。相较于传统生产方式，3D打印技术加工原理完全不一样，在制造实体模型的时候，需选择打印材料盘柱叠加方式，其被称为是增材制造。此种方式较三维雕刻加工技术，为“自下而上”制造方式[3]，模型负角加工难题，可巧妙地通过增材制造而解决，最终实现整个产品过程、零件电子、数字化模型。所以，3D打印技术，是在打印机中将产品数字化模型输入，以其作为直接驱动，不管其有多高的复杂程度，均可实现快速制造，将最终产品模型完整、准确“输出”，无需大量人力用于提升工作效率本质特征。
2 在建筑设计领域中3D打印技术的应用
我国城市建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的30%～ 40%。截至2011年，中国城市固体生活垃圾存量已达70亿t，建筑垃圾总量约为28亿t，每年新产生建筑垃圾超过5亿t。近两年，北京、上海、广州等地一些建筑工人年收入超过10万元。
2.1 应用于建筑设计方案中
对于项目方案层面，在初始阶段中不管是客户方或者是团队成员均存在不同认识及想法。不同客户因专业背景及知识架构的不同，所以对于传统二维设计稿图而言，也存在不同理解程度。整个项目的全貌，因二维图无法完整展现，在实现过程中，后期的建设及彼此意见不统一，均会造成项目不断停工或更改，难以满足前期意图及设想。3D打印可将项目整个过程完整展现出来，通过对初始方案建模打印实体，可及时按照实体模型做出调整，便于各方的讨论及沟通。特别是在道路交通、桥梁设计、城市设计及规划层面，需考虑交通、景观、道路，同时涉及几个单体建筑，3D打印能够将建成后的全景真实地展现出来。在设计中，这些建筑每一阶段环环相扣、相互联系，一个环节失误会产生项目损失。经3D打印，会影响到周边居民及环境，反映出方案的全貌，缩小若干年方可完成的项目，同时避免设计者造成项目失败，获得建筑方及公众的认可及接受。
2.2 应用于建筑设计方法中
3D打印可在短时间直观、快速看出最真实效果，其是一个快速成型的技术。除此之外，建筑师之前在绘制建筑物的时候，选择的是手绘的方式，一个很好的构思及想法，假设无扎实的绘画功底，则难以表达出。而二维平面永远是手绘效果图的效果，设计师的创意较难以表达出。更全面、快捷的方式，3D打印可为建筑师提供，经配合打印机，以及拍照、基底建模进行实体打印，更便于理解设计者意图，受众可从多角度实现观察。
2.3 应用于建筑构件中
建筑师在打印时依据选择性激光烧件，以及节点式方式，同时按照前期设计图纸比例，实现每一节点分段打印，最后完成的建筑物制作，通过组合拼接方式实现，极大程度节省物力、人力，较为方便简洁，保证构件实用性及美观性。在一些附属建筑装饰物上，3D打印技术获得广泛应用，像中式古典建筑、欧式壁雕装饰物表面结构异常复杂化，效率低且人工制作时间长，难以保证一致化制作出的结构及细节，且将3D打印设置好比例之和，并进行基底建模，可精确地在较短时间中进行批量生产，打印出每一局部细节。在建筑装饰中，3D打印技术不管是外部或者是内部装饰，均转向风格展现、技术的设计及细节处理。
2.4 3D打印技术应用领域
文物保护中。通常情况下，博物馆为了保护原始作品不受意外事件或环境的伤害，会选择替代品进行。陕西博物馆之前打印出的国宝文物“金怪兽”，长11cm、高11.5cm，花费了14h的时间。相较于文物原件，打印出来的复制品几乎和其一模一样。
3 建筑3D打印的发展思考
在工程施工中，当前的建造3D打印应用，并无成熟设计方法及理论能够借鉴，依旧属于探索阶段。相较于传统钢筋混凝土、砌体结构和3D打印建筑，在建造工艺及材料性能层面存在极大差别，所以需对构件及材料性能有充分了解，找出适用的设计方法及理论。
在广州、北京、上海等地，近些年建筑工人的年收入超10万元，勞动密集型的建筑业在近些年劳动力越来越紧张，逐渐步入老龄化的时代中面临巨大挑战。建筑3D打印，24h可打印出出10栋200m2的建筑，信息化和机械化为技术手段，节约人工80%，缩短工期70%，上降低建筑工人的劳动强度，缩小对劳动力的依赖，提升工作效率，改善工作环境。
建筑3D依旧属于探索阶段，尽管其拥有广阔化发展前景，均有一系列问题存在于打印方法、设备、材料及工艺层面，而解决上述的问题，则是建筑3D打印当前主要的发展任务。
参考文献
[1] 张跃.3D打印技术在建筑景观设计表达中的应用与创新——超宽幅面3D打印机的研发[J].丝路视野，2018（1）：154-155.
[2] 秦建华.3D打印技术在文化艺术中的应用[J].美术教育研究，2014（7）：93.
[3] 王子明，刘玮.3D打印技术及其在建筑领域的应用[J].混凝土世界，2015（1）：50-57.
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