“建構未來：探索 3D 列印在建築中的潛力”
從電腦輔助數位檔案製作三維固體產品稱為 3D 列印，也稱為加法製造。
一開始，術語“3D 列印”指的是將黏合劑材料逐層沉積到粉末床上的過程，使用噴墨印表機頭。 然而，目前的定義涵蓋了更廣泛的加法製造流程，包括選擇性雷射熔化和電子束加法製造。
早在 1980 年代，日本發明家 Kodama Hideo 開發了兩種用於創建三維塑膠模型的加法技術，這引發了加法製造的概念。 他使用光固化熱固性聚合物創建了 3D 列印結構。
獲取範例報告（包括圖表和數字）： https://univdatos.com/report/3d-printing-filament-material-market/get-a-free-sample-form.php?product_id=35768
什麼是 3D 列印機？
簡而言之，3D 列印機採用 CAD（電腦輔助設計），由 3D 技術驅動，可從多種材料（包括熔融塑膠、粉末和混凝土）生產 3D 物品。 可以使用各種 3D 列印機創建 3D 列印房屋，其尺寸和設計範圍從適合桌面使用的小型建築模型。 3D 列印機有三種基本類型，它們的操作方式略有不同。
3D 列印機的類型
·立體光刻 (SLA 列印機)– 使用立體光刻 (SLA) 技術的 3D 列印機可以將液態樹脂變成塑膠。
·選擇性雷射燒結 (SLS 列印機) –SLS 列印機（選擇性雷射燒結）：這些印表機使用雷射將聚合物粉末顆粒燒結成固體結構。
·熔融沉積建模 (FDM 列印機) –這些印表機通過加熱噴嘴釋放熔融熱塑性長絲來創建分層物件。 3D 建構方法是這些印表機最常被使用的地方。
3D 列印如何應用於建築業？
自 1980 年代以來，人們對 3D 列印技術提出了一些問題。 然而，該方法本身的進步，它使得透過疊加連續的材料層來構建三維物體成為可能，這使其具有了更高的相關性。 這種建築方法具有很強的適應性，可用於建造特定專案元素以及各種複雜結構的整體，包括房屋或居住空間、辦公室、橋樑、牆壁、模組化結構、加固模具、柱子、城市家具，甚至裝飾元素。
實施這項技術在建築中所需要的大部分知識來自設計階段。 由於該行業已經具備電腦輔助製造的專業知識，並且 BIM（建築資訊模型）在建築業務中蓬勃發展，因此 3D 列印技術的整合難度較小。 3D 列印機從 CAD 或 BIM 程式中獲取必要的資訊，然後機器開始根據訊號疊加材料層。 這可以使用多種材料完成，其中最受歡迎的是沙子、纖維、地質聚合物和混凝土的混合物。
根據 Research and Markets 的一項調查，3D 列印在過去十年中取得了積極的進展，預計到 2028 年，其在建築業的市場價值將達到 1,034,096.7 千美元。 這使其從 2021 年到 2028 年的複合年均增長率提高了 91.5%。
全球建築領域的 3D 列印
建築和更好的基礎設施的需求日益增加，尤其是在大城市。 與 1800 年只有 3% 的人口居住在城市相比，到 1900 年，城市居民增加了 15%。 到 2050 年，世界經濟論壇預計，全球三分之二的人口將居住在主要城市，高於目前的 55% 的份額。
目前全球正在建設許多支援使用 3D 列印的政府倡議。 杜拜是選擇在這個領域領先的城市之一，到 2030 年，該市 25% 的建築物必須使用 3D 列印技術建造。
圖表 1
圖表 2
建築中 3D 列印的可用技術
機械臂擠出機
機械臂擠出機是目前市場上 3D 列印技術中流行的。 該技術稱為輪廓塑造。 它的功能類似於桌面 FDM 3D 列印機。 軌道以一種模式設置，使機器人手臂能夠一層一層地穿過它們，同時擠出從噴嘴中流出的混凝土。 這種 3D 列印 XL 建築的方法是最受歡迎的。
砂子 3D 列印
工業 3D 列印流程（如 SLS（選擇性雷射燒結）和 Jet Fusion）與此處解釋的 3D 流程相當。 第一個使用他的 D-Shape 3D 印表機進行測試的是義大利建築師 Enrico Dini。 在使用黏合劑固定建築的形狀之前，機器用砂粉覆蓋表面。 這與金屬 3D 列印機的操作類似。
金屬技術
WAAM（電弧加法製造）由荷蘭初創公司 MX3D 開發，用於更重應力的結構，如橋樑。 該公司將工業機器人和焊接機結合起來，結果是 3D 印表機的運作軟體是專門為此任務創建的。 該機器人具有 6 軸配置，用於 3D 列印金屬結構。
3D 列印建築的優點
·增強設計靈活性 –創建複雜的設計是一個重大的建築難題，3D 列印可以解決這個問題。 建築 3D 印表機使用可編程的電腦程式來執行複雜且困難的設計。
·適用於 BIM –BIM 透過使用 3D 技術，建築資訊建模改變了建築設計。 它在建築物真正建成之前顯示了巨大的建築物和結構的圖像。 建築 3D 列印可以透過與 BIM 整合並以幾乎完美的精度執行複雜設計來推進這項突破。
·減少人為錯誤 –3D 列印的基礎是預先編程的自動操作，不受人為因素的影響。 這從根本上消除了人為造成的錯誤。 此外，3D 列印機不需要太多的人工監督。
·有助於綠色建築施工 –最受歡迎的建築類型正迅速轉向綠色。由於人們對氣候變遷的意識日益增強，建築公司已開始採用綠色施工方法。透過使用廢棄和回收的建築材料來生產3D列印結構，3D列印機可以在這項工作中發揮重要作用。
3D列印建築的缺點
·高耗電 –3D列印機的用電量比任何其他傳統建築技術都高。除了用如此高的容量發電的環境成本外，滿足如此大的電力需求也很昂貴。
·3D列印機價格昂貴 –由於該技術仍處於起步階段，目前使用3D列印在經濟上是不可行的。建立用於建造結構的3D列印設施所需的初始投資很大，並且以目前的配置而言，在主要建築領域實施它太貴了。
·材料短缺 –普通建築材料不能與3D列印機一起使用。3D列印機需要尚未廣泛使用的特殊材料。由於材料的短缺導致成本大幅增加以及昂貴的列印機，因此將其用於大規模建築是不可行的。
建築中使用3D列印的市場規模
1. 莫斯科的3D列印家庭住宅
一家美國科技公司Apis Cor在莫斯科建造了一座3D列印房屋。該房屋是同類房屋中第一個在房屋建築中使用自動化的房屋，並且與任何其他混凝土結構相同。總建築成本不到10,000美元。
2. 杜拜世界上最大的3D列印建築
最近，中東地區出現了新的技術進步，尤其是在阿聯酋。金氏世界紀錄已經驗證了Emirates Tower Complex聲稱它是世界上最大的3D列印建築，延續了3D列印的這一趨勢。這座兩層樓的建築由Apis Cor建造，表面積為640 m2，高度為9.5 m。
3. 北美和加勒比地區的3D列印房屋
世界各地的社區和非營利組織正在採用混凝土3D列印技術來解決經濟適用房危機。例如，非營利組織New Story在創紀錄的24小時內建造了墨西哥的第一個3D列印房屋。從那時起，該公司建造了擁有2,000座房屋的社區，所有房屋均採用3D列印建築技術建造。
未來
世界各地越來越多的專案表明，3D列印結構有可能成為一項具有革命性的、改變行業的技術，這將解決目前困擾建築領域的幾個問題。抱負的程度是巨大的；例如，預計到2030年，杜拜25%的新結構將採用3D列印。可以說，3D列印在建築領域的應用前景廣闊。
結論
儘管3D列印仍然存在許多長期存在的問題，但建築業已準備好迎接創新。傳統的施工方法可能效率低下、成本高昂、耗時且對環境有害。由於3D列印的準確性、速度和可靠性，土木工程師有很多機會來應對這些挑戰，並可能使設計和建造宜居結構更容易、更實惠。
作者：Sonu Kumar Sah
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