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3D打印技术在建筑景观设计中的有效应用

作者:未知

  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.
论文来源:《科技资讯》 2019年2期
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