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孙轶:3D打印建筑 看上去很美

房天下-《视角》   2014-04-15 10:42

[摘要] 前几天,房产大佬王石提出万科要在3年内3D打印出房子,同时上海张江高新青浦园区内有单位通过3D打印建造了10幢建筑。一时间3D打印技术又成为建筑界热炒的话题。

孙轶

 孙轶 国骅集团
进入孙轶房天下个人博客:
http://blog.soufun.com/blog_21948295.htm

前几天,房产大佬王石提出万科要在3年内3D打印出房子,同时上海张江高新青浦园区内有单位通过3D打印建造了10幢建筑。一时间3D打印技术又成为建筑界热炒的话题。

3D打印作为一种快速成型技术,历史并不短,同铣削相比没有材料浪费,同铸造相比不需要模具,所以它的生产成本与批量几乎无关,理论上非常适合建筑这样少批量,个性化的产品生产。

但由于工艺的原因,3D打印只能打印单一材料,如塑料、金属、混凝土等。基于经济性、耐候性和使用舒适度的原因,民用建筑一般都是混凝土结构,但混凝土抗拉性能很差,为保证结构的安全性,一般的解决方案有混入纤维形成纤维混凝土或者埋入钢筋形成钢筋混凝土。然而前者的延性指标无法满足抗震要求,只能在抗震要求低的低层建筑使用,纤维混凝土强度指标的巨大离散性和初试缺陷,能否用于楼板、梁等会出现拉应力的弯剪扭构件还值得怀疑;后者如果事先扎好钢筋,就会影响3D打印头的自由运行,即使未来能像彩色打印一样解决了多种材料复合成型的问题,且不说无法解决钢筋的热处理问题,钢凝固成型时释放的热量不仅影响钢筋与混凝土的粘结,还会对混凝土的强度造成巨大破坏。

其次、混凝土的强度形成是复杂的物理化学反应,包括了硅酸盐的重新结晶与多余水分的蒸发,即使在高温蒸汽养护加早强剂,达到成型强度的时间仍旧要按小时计,其速度与塑料、金属等热塑性或热固性材料降温即成型无法相比,这就限制其每层打印时,上层的打印速度不能太快,以免重量造成下层结构的蠕变;但又不能太慢,因其反应在常温下不可逆,上层材料要在下层材料初凝之前铺设,否则就会造成材料分层(从资料照片看,分层现象很明显),形成象千层饼一样的结构,即使材料未分层,上下层打印材料中的纤维无法在层间互相渗透,层间抗拉强度也值得怀疑。

第三、和一般人的认识相反,混凝土的强度主要来自其骨料碎石(这里不展开讲,篇幅不够),就意味着3D打印喷头的直径至少要大于碎石的粒径才不会在打印中被堵塞,这就造成其打印精度为厘米甚至分米级,上海展出的3D打印建筑使用的材料几乎没有粗骨料,从照片看打印喷头的直径也超过3厘米,同时正因为成型快蠕变与成型慢分层的纠结,意味着3D打印建筑的蠕变不可避免,两者叠加后的结果就是精度更加不可接受,不仅需要大量的现场抹灰找平作业,因尺寸差异大,室内装修也无法成批量工厂化生产,造成大量的现场用工,与建筑产业化方向背道而驰。

从相关的文章介绍看,3D打印技术所用的“油墨”是玻璃纤维水泥,为保证“油墨”的和易性,其材料强度大大低于一般建筑用混凝土,所以仅限于一、两层的房子,或者作为主体结构的一次性模板,其效益远远不能抵消昂贵的3D打印成本,在没有找到成本、耐候性、强度超越钢筋混凝土结构的单一材质建筑材料以前,3D打印,只能是一个美好的梦想。

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