3D打印別墅建筑特點

7月17日上午，一個由3D打印的模塊新材料別墅現(xiàn)身西安，建造方在三個小時完成了別墅的搭建。據(jù)建造方介紹，這座三個小時建成的精裝別墅，只要擺上家具就能拎包入住。

   負責(zé)設(shè)計生產(chǎn)的企業(yè)卓達集團研發(fā)工程師安永亮介紹，90%的建房工序已經(jīng)在工廠完成，即所有的建筑模塊在工廠里流水線生產(chǎn)，現(xiàn)場只是對這些模塊進行拼接、組裝、搭建。

   傳統(tǒng)的別墅建筑從修建時間上來比較大約花上半年的時間，而3D打印模塊搭建別墅從生產(chǎn)到搭建只需要十幾天的時間。"安永亮說，目前這套精裝別墅的有6個模塊，每平米重100公斤，成本價格在每平米2500——3500元。

   安永亮還介紹說，盡管房屋建造時間短，但因為每個模塊能夠獨立承重，能夠抗9級地震。同時，鋼制籠式結(jié)構(gòu)能夠充分填充保溫材料，達到很好的保溫效果。

西安現(xiàn)3D打印別墅3小時搭建二層

西安現(xiàn)3D打印別墅3小時搭建二層

西安現(xiàn)3D打印別墅3小時搭建二層

西安現(xiàn)3D打印別墅3小時搭建二層

西安現(xiàn)3D打印別墅3小時搭建二層

用3D打印技術(shù)打印的房子是什么樣的？質(zhì)量安全有沒有保證？近日，數(shù)幢使用3D打印技術(shù)建造的建筑亮相蘇州工業(yè)園區(qū)。

這批建筑包括一棟面積約1100平方米的別墅、一棟5層居民樓和一棟簡易展廳等，建筑的墻體由大型3D打印機噴繪而成，而使用的“油墨”則是由少量鋼筋、水泥和建筑垃圾制成。 據(jù)介紹，3D打印建筑最大的好處是節(jié)能環(huán)保、節(jié)省材料。

 打印過程

墻體到底是如何打印出來的呢？　

“打印機”高6.6米、寬10米、長32米，底部占地面積有一個籃球場大，高度有三層樓高。打印的材料寬度只能是1.2米，但長度可以無限長。根據(jù)電腦設(shè)計圖紙和方案，由電腦操控一個巨大噴口噴射出“油墨”，噴頭像奶油裱花一樣，油墨呈“Z”字形排列，層層疊加，很快便砌起了一面高墻。之后，墻與墻之間還可像搭積木一樣壘起來，再用鋼筋水泥進行二次“打印”灌注，連成一體。在24小時內(nèi)可打印出10幢200平方米建筑。

看點揭秘

3D打印的房子是什么樣子的？

3D打印的建筑墻體渾然一體

走進了3D打印的別墅和五層樓房看到，房子的墻體看上去跟用水泥建造出來的一樣，呈現(xiàn)出年輪蛋糕般的螺紋結(jié)構(gòu)，用手指敲敲墻體，可以聽到空空的聲音。雖然手感粗糙，但每層之間密不透風(fēng)，看上去渾然一體。5層高樓房由地下一層和地面五層組成，每層的建筑面積為200平方米。記者了解到，建造一層這樣的房子，打印材料要一天，5個工人只需要花三天的時間就可以建造好。

打印的“油墨”用什么做成？　

主要是建筑垃圾

打印建筑的“油墨”原料主要是建筑垃圾、工業(yè)垃圾和礦山尾礦，另外的材料主要是水泥和鋼筋，還有特殊的助劑。盈創(chuàng)新材料（蘇州）有限公司總經(jīng)理鄭建說。

打印房子最大的好處是什么？　

建筑成本可節(jié)省50%，房子和家居可以私人定制

該公司董事長馬義和說，3D打印建筑最大的好處是節(jié)能環(huán)保、節(jié)省材料。因為3D打印建筑不產(chǎn)生任何揚塵和建筑垃圾。采用3D打印技術(shù)，可節(jié)約建筑材料30%到60%，工期縮短50%到70%。建筑成本可至少節(jié)省50%以上。并且顧客可以私人定制家居和房子風(fēng)格。

打印的房子貴嗎？

售價8000萬的別墅3D打印只要100多萬

據(jù)了解，現(xiàn)場展示的1100平方米的3D打印別墅樣板房，以后在上海浦東的售價是8000多萬元，而打印這套別墅的成本是100多萬元，目前已預(yù)訂出10套。

“一套房子一天就能打印完。”馬義和說。

打印的房子安全嗎？

綜合性能待驗證國家沒有關(guān)于3D打印建筑的標準

鄭建介紹，他們3D打印的墻體強度是普通水泥的5倍，而且是中空的，更加保溫。不過，新型“油墨”打印的建筑，其剛度、強度和耐久性等綜合性能還待進一步驗證。

中國建筑第八工程局總工程師馬榮全說，作為3D打印建筑，目前還沒有專門的國家標準，今后需要修訂、完善。

3D打印公司在指導(dǎo)學(xué)員3D打印建模時必然會強調(diào)的就是分析3D打印模型結(jié)構(gòu)，并根據(jù)實際情況做出合理的調(diào)整。

3D打印技術(shù)促進了產(chǎn)品個性化定制的普及與推廣，使得每個人都可以設(shè)計３Ｄ幾何模型，成為自己產(chǎn)品的設(shè)計師．他們由于缺乏一些設(shè)計經(jīng)驗與力學(xué)知識，會導(dǎo)致其設(shè)計結(jié)果直接３Ｄ打印后會存在一些結(jié)構(gòu)問題，如強度問題、穩(wěn)定性問題等．強度不足可能會使３Ｄ模型在打印、運輸或日常使用過程中受到破壞，而穩(wěn)定性問題則會導(dǎo)致３Ｄ模型無法正常地放置或懸掛，影響其日常使用功能．這種問題我們稱其為結(jié)構(gòu)分析問題，它的主要任務(wù)是識別３Ｄ模型中存在的強度或穩(wěn)定性缺陷，并給出適當(dāng)合理的彌補方案。

１、強度加固

針對強度問題，文獻給出了一個自動檢測并修正結(jié)構(gòu)強度問題的系統(tǒng)方案，來創(chuàng)建一個新的3D模型，使其與原有模型保持盡可能相近的外形，同時提高其結(jié)構(gòu)強度與整體性．該方案中，模型的結(jié)構(gòu)強度問題通過一個輕量級的結(jié)構(gòu)分析解算器來計算識別出．隨后，根據(jù)所檢測出的強度問題，文中給出三種方法對原模型進行修正：內(nèi)部挖洞、局部加厚與加支撐。

結(jié)構(gòu)強度問題與修正方法

文獻中的方案有效地提高了模型的結(jié)構(gòu)性能，避免了高強度應(yīng)力區(qū)域的出現(xiàn)．但是該方案的最大局限在于：在結(jié)構(gòu)強度檢測時，系統(tǒng)需要先預(yù)設(shè)模型可能承受的外部荷載情況，并據(jù)此對模型顯式地指定一種或幾種捏握式外部荷載來進行結(jié)構(gòu)強度計算．當(dāng)然，同時還需考慮模型的重力荷載．顯然，對很多模型來說，這種預(yù)設(shè)的荷載并不能很好地反映模型的真實荷載分布，因此其結(jié)構(gòu)分析結(jié)果的真實性與可靠性也就不能很好地保證了。

２、最不利荷載

針對上面的問題，文獻給出了一個更好的方案．該方案在預(yù)測或檢測模型結(jié)構(gòu)強度問題時，與上述明確指定或設(shè)定模型的荷載情況方法不同的是，它去尋找一種最不利荷載情況（Ｗｏｒｓｔ－Ｃａｓｅ），并據(jù)此識別出模型上最易破壞之處或最大變形區(qū)域，如圖１１所示。

Worst-Case計算實例

該方案的核心方法是模態(tài)分析（Ｍｏｄａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ），在結(jié)構(gòu)分析研究領(lǐng)域，當(dāng)一個物體以不同頻率振動時，這種振動會導(dǎo)致物體的一些脆弱部位產(chǎn)生高應(yīng)力或大變形．模態(tài)分析就是用來預(yù)測結(jié)構(gòu)在振動狀態(tài)下可能發(fā)生的破壞或變形的一種經(jīng)典方法．

該方案的主要步驟如下：

（１）計算輸入模型的各階模態(tài)；

（２）對模型的每一階模態(tài)，計算提取出相應(yīng)的薄弱區(qū)域；

（３）對每一個薄弱區(qū)域，通過求解一系列的優(yōu)化問題，計算出其相應(yīng)的最不利荷載分布；

（４）用有限元方法計算在上述荷載分布作用下模型的應(yīng)力，從而得到該薄弱區(qū)域的最大應(yīng)力分布情況．

綜合以上每一階模態(tài)下模型的最不利荷載分布與最大應(yīng)力分布情況，確定最終結(jié)果。