随着全球经济适用对弹性住宅的需求不断增长 3D打印为住宅提供了新的机会在建筑成本持续上升的情况下 3D打印可以有效降低建筑成本减少建筑相关的浪费同时，造房子时间相对短、效率高现场打印也能减少建筑材料运输的碳排放量是可持续发展的新技术

   随着全球经济适用

对弹性住宅的需求不断增长

3D打印为住宅提供了新的机会

在建筑成本持续上升的情况下

3D打印可以有效降低建筑成本

减少建筑相关的浪费

同时，造房子时间相对短、效率高

现场打印也能减少建筑材料运输的碳排放量

是可持续发展的新技术

美国一组织正在建造世界上

第一个两层3D打印结构的建筑

目前施工已经开始

项目位于休斯敦

由康奈尔大学建筑艺术与规划学院

两位助理教授设计

这座两层单户住宅融合了

3D打印混凝土和传统木框架

创造了的未来3D打印混合用途建筑开发的先例

竣工后，这座371平方米的住宅

将包括三间卧室、三间浴室

和一个两车车库，一个烟囱

这座住宅将成为美国最高的3D打印结构之一

设计师Lok Zivkovic在休斯顿的家中

将3D打印混凝土结构元素

与传统的木框架连接起来

并通过喷射泡沫隔热层进行隔热

设计团队认为，这种组合可以证明

如何根据混合系统的设计潜力

产生最少的建筑废料

使混合系统得到优化

该项目与3D建筑打印供应商PERI 3D合作

设计采用混合施工方法

将打印的混凝土模块与木框架相结合

使其成为首批以集成方式

使用木材和混凝土的3D打印之一

建造完成效果示意

此外项目另一大难点是

3D打印超出单层限制时的额外的结构挑战

凭借项目建造承包商CIVE的

结构工程专业知识

和PERI 3D专业的打印知识

合力开发出了一种3D打印二层建筑的方法

建造完成效果示意

建造时应用的设备为

模块化3D打印机

【COBOD BOD2龙门打印机】

可以全天候运行

工作现场只需要1~2人来监督机器

在过去几年中，越来越多的设计师

愿意尝试 3D打印、混凝土打印

这个独特的概念

尽管建成的建筑多为临时性建筑

但依然成为时下较为热门的建造方式

那接下来就跟大家细聊聊

01.

什么是混凝土打印

混凝土3D打印是通过利用计算机分层建模并发出程序指令，工业机器人受控逐层重复铺设材料从而构建出自由形式的建筑结构。

工艺原理： 将建筑的图形设计模型转化成三维的打印路径，利用打印系统将凝结时间短、强度发展快的混凝土精确分层布料，逐层叠加累积成型，实现免模板施工。

混凝土3D打印特点

1、智能化：

采用建筑构件及建筑的设计数字化模型技术，实现高精度连续分层布料。

2、免模板：

采用触变性好、凝结时间可控和强度发展快的混凝土，实现无模板布料逐层堆叠成型。

3、施工工期短，施工过程无污染

当前3D打印机可在24小时内完成10栋200平方米的单层建筑。在建筑过程中，低扬尘、低噪声、低污染，并且还减少运输成本，使得建筑能耗大大降低。

4、可打印结构复杂的节点

3D打印能够生产出高度数字化的具有复杂三维内部构造的构件。

5、材料成本低

与传统的建筑相比，3D打印建筑一次成型，避免了返工和因尺寸差别而导致的材料切割所造成的浪费，节约了大量材料成本和人工成本。

02.

建筑3D打印机与印刷工艺

混凝土 3D 打印系统

由 混凝土输料系统、混凝土布料系统、打印路径控制系统 组成。三个系统在计算机控制下协同工作，实现施工过程的智能化。

建筑3D打印机结构

建筑3D打印机： 能 使布料打印头按打印路径在 3 维空间移动 的设备及控制系统。该设备的 典型形式 包括：笛卡尔直角坐标结构形式、极坐标布料机结构形式和关节式机械手臂结构形式。

布料打印头： 混凝土3D打印布料头一般采用 螺杆挤出 的形式，具有 挤出均匀，无脉冲 的特点，能够实现墙体打印的 平整性 。

打印头形式 | 图源：混凝土杂志周工

控制软件： 建筑3D打印控制软件主要实现 输料智能控制、布料智能控制和打印路径控制 。有别于树脂类小型 3D 打印机控制软件，其涉及 机械设备、自动化控制、软件开发 等多个专业技术领域。

图源：网络，仅供参考

03.

混凝土打印施工工艺和材料

【混凝土3D打印施工工艺】

主要分为5个步骤： 混凝土配合比设计 - 混凝土制备 - 混凝土输送 - 布料打印成型 - 成品养护。

混凝土3D打印工艺流程图 | 图源：混凝土杂志周工

【混凝土打印的“油墨”】

在3D打印建筑中， 干混砂浆 将广泛地作为打印机的 “墨水”。3D打印建筑干混砂浆对于材料的要求同打印混凝土的要求相类似，都要求其具有良好的可塑性等性能。其性能要求：

建筑3D打印技术对材料的要求 | 图源：混凝土杂志周工

干混砂浆 是将水泥、砂、矿物掺合料及功能性添加剂按照一定比例，在专业生产厂于干燥状态下均匀拌制、混合成的一种颗粒或粉状的混合物。

然后以干粉包装或散装的形式运至工地，按规定比例加水拌和后即可直接使用的干粉砂浆材料。干混砂浆由于其使用的方便性、灵活性等而受到工程界的青睐，近年来得到了越来越广泛的应用。

03.

混凝土打印的应用

混凝土3D打印目前主要用以 三个建筑领域 。

第一个是土木工程和建筑。 例如迪拜的一个项目，其中涉及高大的路柱，带有历经精心设计的楼梯以及马德里的人行天桥，是采用3D打印设计的八段式安装，然后将其作为预制件安装起来。

第二个是城市空间， 包括人造珊瑚礁，花槽和迪拜抛光表面的长凳，还有一个公交车站，这些都可以依赖3D打印制造出“自由形状”。

第三个是历史和文化遗产保护 。比如我国的3D打印石窟。

全球最大的3D打印建筑

迪拜政府大楼 / ApisCor

迪拜市政府用楼将在建成之后

成为 世界上最大的3D打印建筑

其高达9.5米，项目面积为640平方米

此项目由总部设在美国的 ApisCor公司

来主持设计建造

而其结构也是在现场用3D打印技术直接建起的

Apis Cor是建筑工程行业中

第一家开发3D打印专用设备的公司

为迪拜市政府用楼建造

完成了一座两层的行政大楼中的 3D打印墙体结构

这创新的3D打印机 使建筑结构可以直接现场建造

无需任何额外的组装工作

此项目面积延展640多平方米

而这庞大的建筑

占地已经

超过了Apis Cor的3D打印机

静止状态下的最大打印面积

可移动的3D打印装置通过

起重机在场地进行 移动定位

以此覆盖整个建造区域

事实上，3D打印整个建筑的墙体结构

只需要3个工人和配套的机器装置

此建筑项目的 地基是传统的建筑结构

而 墙壁是3D打印建造的

加固的方法是

“ 用钢筋和普通混凝土

来人工填充由3D打印的柱子模板 ”

在这个项目中

使用的3D打印材料是

由ApisCor开发并在当地生产的

一种 基于石膏制成的混合物

▲ 建成照片

PERI在德国建造了第一座

3D打印的住宅建筑

PERI建造了德国第一座 3D打印的居民楼

该房屋由两层独立式房屋组成

每层楼的居住空间约为80平方米并

使用3D建筑打印机进行建造

为了建造它

PERI使用了 BOD2 3D打印机

该打印机可以沿着其框架

从建筑物内的任何位置移动

并且只需要校准一次

建筑物由 三层皮肤的空腔墙 组成

里面填充了 绝缘化合物

在打印过程中，打印机会 考虑到

以后要铺设的水、电等管道和连接

BOD2已通过认证

可以在进行打印的 同时在打印区域内进行工作

这意味着可以轻松地将

手动工作（例如安装空管道和连接）

集成到打印过程中

在迪拜，用3D打印技术

建造办公室

Killa Design 事务所

日前在迪拜构思开发了

世界上第一个功能齐全、可永久使用的

3D打印办公室

“未来办公室”

建筑物的整个结构

使用 添加剂混凝土“打印”技术

使用20英尺高、120英尺长

和40英尺宽的3D打印机制造

该打印机通过一条 全自动机械臂

来实现整个打印过程

全套制造流程总共持续了17天

另有2天用于构件的现场安装

后勤设施安装、室内装修、景观规划的

后续工作大约花费了3个月的时间

从这项创新式建造技术的成果能够看出

建造相同大小的房子

3D打印技术不但比传统建造方式

削减了一半以上的人力成本

同时还能将施工现场

工业垃圾的产生量降至最低

有助于 减少项目的对环境的影响

最大的混凝土3D打印步行桥

上海-清华大学建筑学院

中南置地数字建筑研究中心

我国3D混凝土打印建造技术

进入世界先进水平
世界上最大的混凝土3D打印的人行天桥

由清华大学建筑学院- Zoina土地联合研究中心建成

中国的3D打印混凝土及施工技术

已达到世界先进水平

3D打印混凝土技术

实现了混凝土的充分利用

降低了水泥用量，降低了建筑垃圾的产生

符合当今绿色发展的主题;

但仍需要不断地对材料的选择、配制、外加剂的使用

等方面进行深入的研究，以此完善其性能的要求

更需要不断地对轮廓工艺进行完善

以实现精细施工和表面细致化的要求

使打印向精细化产品发展