6 个案例看懂3D打印建筑的未来

在过去十年中，3D打印已成为一个流行词。尽管建筑业 3D 打印最初是为了产品开发而创建的，但它已经发展到成为建筑业等许多行业的主要参与者的地步。

建筑业中的 3D 打印是一项新技术，它用机器建造和组装结构，取代了一些传统的手工工作。这是一种更具成本效益、更方便、更环保的创建新结构的方法。了解建筑业中 3D 打印的优势可能有助于评估该技术是否有助于加快运营速度并提高客户满意度。

接下来，我们通过6 个案例研究一起来探讨建筑行业的 3D 打印。

什么是3D打印建筑？

利用增材制造工艺（更具体地说是建筑行业的 3D 打印）建造的建筑物被称为 3D 打印建筑物、3D 打印结构或 3D 打印建筑。为了创建结构的结构元素，材料（通常是混凝土或其他类型的建筑级材料）会逐层沉积。

3D打印建筑通常使用大型3D打印机，这种打印机可以按照预先编程的设计，有规律地挤出建筑材料。打印机根据数字模型或建筑设计建造建筑结构，材料被一层一层地堆积起来。

建筑业 3D 打印，也称为增材制造，已成为包括建筑业在内的各个行业的一项变革性技术。以下是建筑业 3D 打印很重要的一些原因：

速度和效率：建筑业中的 3D 打印使施工作业更快、更有效。使用 3D 打印可以快速建造复杂的结构，所需时间只是使用传统施工方法所需时间的一小部分。因此，施工进度可以大大缩短，生产率也可以提高。

降低成本：建筑行业中的 3D 打印可通过自动化施工流程来节省成本。它减少了对体力劳动的需求，减少了浪费，并最大限度地利用了资源。此外，可以使用 3D 打印进行现场结构施工，以节省与使用预制组件相关的运输费用。

设计自由：建筑行业的 3D 打印提供了极大的设计灵活性。它允许建筑师和工程师创建复杂且定制的设计，而这些设计在传统建筑方法中很难实现或无法实现。该技术可以构建复杂的几何形状、有机形状和独特的建筑特征

可持续性：使用可持续的施工方法变得越来越重要，而建筑行业的 3D 打印可以帮助实现这一目标。减少建筑垃圾、减少能源使用和使用环保材料都可以通过 3D 打印实现。精心管理材料使用也有助于最大限度地提高资源效率。

定制和适应性：借助建筑业的 3D 打印，现在更容易改变结构以满足特定需求。在偏远或困难地区或自然灾害频发的地区建造时，这种适应性水平非常有益。建筑业的 3D 打印使快速原型和迭代设计程序成为可能，从而简化了必要的修改和改进。

总之，建筑业的 3D 打印有潜力彻底改变建筑行业，提供经济高效、可持续和个性化的建筑解决方案，同时引入新技术和简化流程。随着技术的发展，其对建筑业的影响可能会更加深远。

建筑业 3D 打印的关键步骤

建筑业中的 3D 打印通过分层材料来创建结构，彻底改变了传统的建筑方法。

以下是在建筑项目中成功实施 3D 打印的关键步骤：

通过遵循这些步骤，建筑专业人员可以高效地完成 3D 打印流程，以缩短施工时间和降低成本的方式创建创新结构。随时了解技术和材料的进步，不断提高 3D 打印在建筑领域的效率。

建筑业 3D 打印案例

3D 打印的创新正在重塑建筑业格局，在设计、效率和成本效益方面提供前所未有的可能性。接下来，我们通过六个使用 3D 打印建造建筑物（从住宅到复杂的桥梁）的著名案例，展示了该技术在建筑行业的变革潜力。

1. Tecla House

建筑师：MCA Architects

城市： 意大利，拉韦纳

项目年份：2021

Tecla House，打印于意大利马萨伦巴达，Tecla 是科技 (technology) 和粘土 (clay) 两个词的组合，灵感来自意大利的历史名城，为了在过去和当今技术之间建立联系，该住宅由 Mario Cucinella Architects 设计，并由 Wasp 建造，采用来自附近河床的粘土。

该建筑由两个相连的圆顶形建筑组成，外墙带有肋状结构，由 350 层 3D 打印粘土堆叠而成。粘土层呈波浪状排列，具有结构稳定性和隔热性。

该原型采用多层模块化 3D 打印机构建，该打印机配有两个同步臂，每个臂均具有 50 平方米的打印表面，能够同时制造组件。

据施工队介绍，采用该技术，只需200个小时就能生产出房屋模块，同时平均消耗6千瓦的能源，几乎完全减少了典型的建筑垃圾。

Tecla 由两个连续的部分组成，它们组合形成两个圆形天窗，通过使用蜿蜒不间断的正弦曲线发出“天顶光”。

Tecla 的独特形状，包括其复杂的几何形状和外部脊线，证明了 3D 打印能够平衡复杂的设计和结构稳定性

Tecla 内部设有客厅和厨房，以及带便利设施的睡眠区，面积约为 60 平方米。部分家具采用当地土壤 3D 打印而成，可回收或重复使用，与这座原土建筑相得益彰，符合这种圆形房屋模型的核心价值。

Tecla 是生态可持续性研究的一部分，该研究着眼于生物气候原理和乡土建筑与施工以建造低碳住宅，并展示了美丽、健康、可持续的住宅可以通过机器建造，并为当地原材料提供必要的信息。

2. House Zero

建筑师：Lake Flato Architects

建造者：ICON

城市： 奥斯汀 德克萨斯州

项目年份：2022

“House Zero” 的理念由德克萨斯州的 Lake | Flato Architects 提出，由建筑技术公司ICON建造。这是 ICON “探索系列” 中的第一个项目，旨在通过强调增材制造带来的建筑可能性和创造新的设计语言来“改变住宅建筑的范式”。这栋房屋的材料诚实性将机器人施工方法的表现力与天然木材的纹理融合在一起，创造出永恒的设计。

该住宅位于德克萨斯州奥斯汀东部的一个独户住宅区，采用 ICON 的 Vulcan 建筑系统建造。

该技术利用 3D 打印技术，根据计算机程序以机械方式分配材料层，建造 2,000 平方英尺（186 平方米）房屋的墙壁。打印 3D 打印墙壁组件需要十天时间。

墙壁采用钢材加固，并覆盖一种名为 Lavacrete 的特殊材料 ICON，这种材料类似于水泥，能在密封的同时增加隔热效果。

ICON 联合创始人兼首席执行官杰森·巴拉德 (Jason Ballard) 表示：“House Zero 是全新设计语言和建筑风格诞生的起点，它将利用机器人建造房屋，满足我们对住房的需求：舒适、美观、尊严、可持续性、可实现性和希望。”

ICON 声称，该住宅采用亲生物设计原则建造，并且“整个住宅的自然循环路线”由 3D 打印支撑墙的平滑曲线创建。除了能够更快地建造房屋之外，这项技术还意味着可以以更低的成本建造这样的房屋。

3.3D打印两层楼房

创建者：Kamp C

建造者： COBOD

城市：比利时 埃斯特洛

项目年份：2022

比利时公司Kamp C利用欧洲最大的3D打印机打印了一栋整栋两层楼的房子。这栋房子面积为90平方米，采用固定打印机一体式打印，是全球首例。

Kamp C 项目经理 Emiel Ascione 表示：“这座房子的独特之处在于我们用固定的 3D 混凝土打印机打印它。”

这栋两层楼的 3D 打印房屋比用轻质积木建造的房屋耐用三倍。Kamp C 项目经理 Marijke Aerts 表示：“这种材料的抗压强度比传统的快速积木高三倍。”第一栋房屋是一座试验建筑，将检验其坚固性能否长期保持。

除了混凝土中已有的纤维外，几乎不需要收缩加固。由于采用了打印技术，混凝土模板不再必要。据报道，因此节省了 60% 的时间、金钱和材料。例如，未来一栋房子可能只需两天即可打印完成。如果把所有打印天数加起来，Kamp C 的房子将在不到三周的时间内打印完成。

欧洲 C3PO 项目旨在加速 3D 打印在比利时佛兰德斯建筑业的应用，该项目使建造当前的房屋成为可能。

据该公司称，建筑领域的 3D 打印可以帮助建筑师避免失误。

Aerts 表示，使用打印流程时需要利用BIM技术。

从某种意义上说，你在设计阶段就预先建造了房子。她继续说，这样可以避免许多潜在的失误。

“可以避免许多潜在费用。一旦有了好的设计，调整一些参数就相当简单了。

4.Milestone

建筑师：Houben & Van Mierlo 建筑事务所

城市： 荷兰，埃因霍温

项目年份：2021

2021 年 4 月 30 日，荷兰第一座 3D 打印建筑交付给居民。埃因霍温住宅是“Milestone项目”建造的五座住宅中的第一座，完全符合所有适用的建筑法规。

这栋单层建筑的建筑面积为 94 平方米，包括一间客厅和两间卧室。其形状仿照一块大石头，与周围环境融为一体，体现了 3D 混凝土打印提供的设计灵活性。由于采用了超厚的隔热材料并连接了供暖网络，这栋房子非常舒适且节能，能源性能系数为 0.25。

该住宅的设计灵感来自岩石的形状，是由荷兰建筑师 Houben & Van Mierlo 完成的。

它是通过打印多层堆叠混凝土建造而成，由 24 个不同的组件组成，其外墙呈弯曲和倾斜状。

这些组件在附近的印刷厂生产，然后送到施工现场，在那里组装、固定在地基上，并配上屋顶、窗户和门。

Weber Benelux 首席执行官 Bas Huysmans 表示：“我们在此项目中迈出了重要一步，朝着进一步发展建筑 3D 混凝土打印的方向迈进”，通过打印三维弯曲的绝缘和自支撑墙体部件。

埃因霍温理工大学和多位建筑专家合作开展的“里程碑项目”的目标是从中学习，以推进 3D 打印住宅的制造，并通过在建筑中使用 3D 打印来降低房屋建造成本。

5. Urban Cabin

建筑师：DUS Architects

城市： 荷兰阿姆斯特丹

项目年份：2016

在阿姆斯特丹，荷兰建筑公司 DUS Architects 3D 打印了一间带有浴室的八平方米的小屋，现在邀请客人过夜。

3D 打印的“城市小屋”将阿姆斯特丹的一个前工业区改造成一个舒适的城市隐居地，内设一个小型公园和室外浴缸。该建筑是对城市环境中小型环保住房选择的研究。由于它完全由生物塑料制成，因此在未来几年内可以完全回收并再次进行 3D 打印。

该建筑巧妙利用了室内和室外区域之间的关系，以最小的占地面积打造奢华。它完全由深色生物基材料 3D 打印而成，展示了各种立面装饰、形式优化方法和资源高效的绝缘技术。

城市小屋是 DUS Architects 3D 打印生活实验室的一部分。利用内部 3D 打印技术，为全球快速扩张的城市创造可持续、适应性强且随需应变的住房选择又迈出了一步。

房子整体面积为 8 平方米乘 25 平方米。内部设有迷你门廊和一间带沙发的房间，沙发可用作双人床。城市小屋适合短期住宿，是运河沿岸舒适的避难所。

这一想法也代表着在场地受限和灾害多发地区建造微型临时房屋方面迈出了一大步。这种材料使用后可以销毁，然后用不同的图案重新打印。

6.House 1.0

建筑师：SAGA Space Architects

建造者： COBOD

城市: 霍尔斯特布罗, 丹麦

项目年份：2022

丹麦 3D 打印公司 3DCP 集团推出了欧洲首座 3D 打印混凝土小房子“House 1.0”。

该混凝土公寓位于丹麦霍尔斯特布罗，由 Saga Space Architects 和模块化 3D 建筑打印机企业 COBOD 联合建造。

该建筑将所有必需的设施都安装在仅 37 平方米的面积内，力求尽可能降低成本。总体目标是建造得更好、更快、更环保，并减少施工过程中的繁重工作。

这栋房屋是丹麦公司 3DCP 和 Saga Space Architects 的合资项目。它由三角形部分组成，这些部分以圆形排列，并由开放式核心连接。紧凑的住宅内设有一间浴室、一间开放式厨房、一间起居室和一间卧室。卧室位于浴室上方的夹层，以节省空间。为了做到这一点，屋顶已被抬高。

使用 COBOD 的大型建筑 3D 打印机，整个建筑（包括屋顶和地基）均由实心混凝土制成，成本合理。为了体现北欧建筑习俗，其内部采用温暖的木材。

3DCP 声称，建筑行业的 3D 打印是建筑行业的下一个重大进步。您可能已经熟悉了在家中的业余爱好室中使用的传统塑料 3D 打印机。想法是一样的；但是，我们的打印机要大得多。

这家丹麦公司解释道。“我们使用打印机逐层铺设混凝土，最大限度地减少浪费和总体材料消耗，同时融合多种工艺和工作流程，所有这些都有助于快速高效地推进施工。”

3D 打印在建筑行业的未来及其影响

建筑业 3D 打印的未来潜力巨大，预计将对行业产生重大影响。建筑业 3D 打印，也称为增材制造，涉及通过逐层沉积材料来创建三维物体。当应用于建筑业时，这项技术能够彻底改变建筑物和结构的设计和建造方式。建筑业 3D 打印的未来及其影响的关键方面包括更快、更具成本效益的施工、设计自由和定制、可持续性和减少对环境的影响以及环保和可回收材料。建筑业 3D 打印有可能改善结构性能、减少运输和碳排放，并将功能元素集成到打印组件中。

它既可用于建筑项目的现场，也可用于非现场，尤其适用于具有挑战性的环境中的建筑项目。然而，在建筑 3D 打印成为建筑行业主流之前，仍有一些挑战需要克服，例如监管障碍、技术的可扩展性、材料开发以及标准化流程的需求。然而，随着研究和开发的不断进行，预计建筑 3D 打印的未来将继续发展并对行业产生变革性影响。

3D打印在建筑领域的优势

3D 打印在建筑行业具有众多优势，正在改变传统的建筑方法。这项革命性的技术提供了多项关键优势，有助于提高建筑行业的效率、成本效益和可持续性。

3D 打印的一个主要优势是其无与伦比的设计灵活性。该技术使建筑师和工程师能够创建复杂而精致的结构，而这些结构以前使用传统施工方法很难实现或无法实现。逐层增材制造工艺可以实现独特的几何形状，从而产生创新且美观的设计。

此外，3D 打印大大缩短了施工时间。通过消除耗时的模板需求并实现快速分层材料，过去需要数月才能完成的项目现在可以在很短的时间内完成。这种加快的施工速度不仅可以缩短项目工期，还可以最大限度地降低劳动力成本，从而提高整体成本效益。

成本效益不仅限于节省劳动力。建筑行业的 3D 打印通常使用本地和可持续材料，从而降低运输成本，并最大程度地减少传统建筑做法对环境的影响。此外，3D 打印的精确性可最大程度地减少材料浪费，优化资源利用率，并进一步增强经济和环境可持续性。

另一个显著的优势是可以提高结构完整性。分层工艺可以精确控制材料分布，从而提高结构的强度和耐用性。这可以创造出更能抵御环境挑战的弹性建筑，从而延长建筑资产的使用寿命。

3D 打印的定制功能也具有优势，尤其是在经济适用房领域。ICON 等公司已经展示了根据特定设计要求和当地需求定制 3D 打印房屋的能力，以经济高效的解决方案解决住房难题。

总之，3D 打印在建筑领域的优势包括设计灵活性、加快施工时间、成本效益、可持续性、增强结构完整性和定制解决方案。随着技术的不断进步，这些优势使 3D 打印成为建筑行业的变革力量，为创新和效率提供了新的可能性。

限制、挑战及解决方法

虽然 3D 打印在建筑行业中前景广阔，但它也面临着一些限制和挑战，需要解决这些限制和挑战才能在行业中广泛应用并取得成功。

应对挑战：

随着这些举措的进展，建筑领域 3D 打印的局限性和挑战将逐步得到解决，为这项变革性技术建立一个更为强大和广泛接受的框架。

对环境造成的影响

3D 打印在建筑行业探索创新技术时，其对环境的影响是一个需要考虑的重要方面。虽然 3D 打印具有显著的可持续性优势，但它也带来了需要仔细考虑的环境挑战。

优点：

挑战：

总之，虽然建筑业中的 3D 打印通过减少浪费、本地化生产和优化材料使用为减少环境影响提供了重要机会，但解决与材料考虑、能源消耗、报废考虑和法规遵从性相关的挑战对于培育真正可持续和环保的建筑生态系统至关重要。持续的研究和跨学科合作对于最大限度地发挥建筑业 3D 打印的积极环境影响至关重要。

培训和技能发展

3D 打印与建筑业的结合需要一支具备专业技能和知识的劳动力队伍来驾驭这项变革性技术。培训和技能发展计划在确保建筑行业专业人士能够充分利用 3D 打印的潜力方面发挥着关键作用。

培训计划：正式的培训计划对于向建筑专业人士（包括建筑师、工程师和建筑工人）介绍 3D 打印的原理和实践至关重要。这些计划应涵盖 3D 打印技术的基础知识，包括 3D 打印机的操作、建筑级材料的理解以及适合增材制造的结构设计复杂性。

教育伙伴关系：教育机构和行业参与者之间的合作对于开发符合建筑行业不断变化的需求的课程至关重要。将 3D 打印模块整合到现有的建筑和工程课程中，可以帮助学生获得这项尖端技术的实践经验，为未来建筑项目的需求做好准备。

认证计划：建立行业认可的认证计划可确保专业人士能够验证他们在建筑 3D 打印方面的专业知识。这些认证涵盖各个方面，从操作专业 3D 打印机到在建筑项目中实施 3D 打印技术。认证不仅可以提高个人技能，还可以为寻求合格专业人员的雇主提供标准化基准。

持续专业发展：鉴于 3D 打印技术的快速发展，持续专业发展至关重要。研讨会、研讨会和在线课程可以帮助建筑专业人士了解该领域的最新进展、新兴材料和最佳实践。行业协会和组织可以在组织此类活动中发挥关键作用。

实践培训：实践培训对于培养实践技能必不可少。配备 3D 打印机和建筑级材料的培训中心为专业人员提供了模拟环境，使他们能够熟悉设备、排除常见问题并改进打印技术。

学徒制和现场学习：现场学徒制让建筑专业人士在经验丰富的从业人员的指导下获得实践经验。这种体验式学习方法确保个人能够将理论知识应用于现实场景，解决与建筑 3D 打印相关的特定挑战。

总之，强大的培训和技能开发框架对于释放 3D 打印在建筑领域的潜力至关重要。通过投资教育计划、认证计划和持续学习机会，建筑行业可以培养出一支能够推动创新并成功在建筑项目中实施 3D 打印技术的熟练劳动力队伍。

经济影响

3D 打印在建筑领域的应用具有重大的经济意义，影响建筑行业和整个经济的各个方面。这些影响包括成本节约、就业市场、建筑成本和经济增长。

虽然 3D 打印在建筑领域的经济影响前景广阔，但必须仔细考虑以应对与监管框架、材料成本和技术初始投资相关的挑战。随着该技术的成熟和广泛采用，其积极的经济影响预计将不断增长，影响全球的建筑实践和经济成果。

交互式工具和模拟

建筑 3D 打印中交互式工具和模拟的集成代表了一项重大进步，提供了增强的可视化、规划和决策能力。这些工具利用虚拟现实 (VR) 和增强现实 (AR) 来改变建筑流程，带来一系列好处。

总之，建筑 3D 打印中交互式工具和模拟的集成通过提供动态和沉浸式的项目可视化、协作、培训和安全方法改变了传统做法。随着技术的不断发展，这些工具有望在优化施工流程和进一步推动 3D 打印在行业中的应用方面发挥关键作用。

总结

随着 3D 打印技术的引入，建筑行业正在经历一场深刻的变革。该技术的优势包括设计灵活性、缩短施工时间、成本效益、可持续性、增强结构完整性和定制解决方案，这些优势使 3D 打印成为行业中的一股革命性力量。能够以前所未有的效率和更少的环境影响建造复杂结构，标志着建筑方法的范式转变。

3D 打印在建筑行业对环境的影响呈现出双重特征，其优势包括减少浪费和优化材料使用，但同时也面临着材料考虑、能源消耗、报废考虑和法规遵从等挑战。需要持续进行研究和合作，以改进材料、提高能源效率，并为环保的 3D 打印实践制定明确的指导方针。

交互式工具和模拟的集成为建筑中的 3D 打印增加了另一层复杂性，提供了增强的可视化、协作设计迭代、改进的项目规划和协调、高级工人培训和安全、现场施工协助、增加客户参与度以及实时质量控制和监控。随着这些工具的不断发展，它们有望在优化施工流程和加速采用 3D 打印技术方面发挥关键作用。

展望未来，3D 打印在建筑行业的未来潜力巨大。持续的创新、研究和协作努力将为克服当前的限制和挑战铺平道路。3D 打印的经济、环境和变革效益表明，这项技术将成为建筑行业不可或缺的一部分，重塑我们构思、设计和建造建筑的方式，以实现更可持续、更高效的未来。

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