浅论3D打印技术在土木工程中应用展望

论文导读：
近年来，随着我国计算机科学技术的快速发展，各个方面都可能运用到3D打印技术，该项技术的目前也被广泛的应用于土木建筑行业之中。尤其是近年来，CAD和3D打印技术在建筑行业应用更宽泛，技术间的融合使得在建筑行业的设计上拥有了更加广阔的发展空间。随着3D打印技术不断发展，3D打印建筑物技术逐渐出现，因此，本文主要针对3D打印技术在土木工程中的一些应用进行研究，希望通过本文为广大的从事土木工程设计的相关人员提供借鉴。
目前的3D打印技术不仅可以打印出小件的工艺品，而且还可以打印出汽车来，且能够被广泛的应用于建筑领域，据了解全球的第一座3D打印建筑有望在2014年问世，因此我们相信3D打印技术将会为土木工程带来革命性的转变。3D打印建筑技术的基本原理是利用3D打印技术建造房屋，和其他3D打印不同的是，它需要一个巨型的三维挤出机械，并且它挤出的是混凝土，通过与计算机相连接，将设计蓝图变成实物。虽然在概念上设计起来很简单，但实际上实施起来相当复杂，要解决的技术理由非常多。
3D打印技术在土木工程中的应用概述

1.首台3D打印技术在土木工程中的应用

从EnricoDini发明的首台大型的3D建筑答应机，该机器可以将4m高的建筑材料打印在建筑物上。在这台打印机的底部有上百个喷嘴，可以喷射出镁质的黏合物，并且在黏合物上喷撒沙子可以铸成石质的固体。通过一层层地将黏合物和沙子间进行结合，最终打印出石质的建筑物。3D打印在工作状态下，通过三维打印技术沿着水平的轴梁以及垂直柱往返移动，打印机的喷头每次的打印的厚度仅为5～10mm左右。整个操作流程可以用电脑的CAD技术进行操控，建造完毕之后建筑体的质地类似于大理石，并且比混凝土的强度更高，不需要使用内置铁管加固。由此可以看出普通的混凝土是无法完成内曲线、导管、分割线以及中空柱等建筑结构，因此普通的混凝土是无法满足当前的3D打印建筑技术的需求。

2.目前3D打印技术在土木工程中的应用

目前的3D打印技术可以很大幅度的节约成本，并且还具有传统建筑所不具有的绿色、低碳和环保等优势。目前的3D打印技术不再需要数量非常庞大的建筑工程队伍，从很大程度上节约了劳动成本和提升了施工生产效率。而且现在的3D打印技术可以解决其他方式很难解决的高成本曲线建筑造型打印，并且其打印的强度更高，质量更加轻的混凝土建筑物。但是就目前的3D打印技术的发展目前状况来看，还不能够完成大体积的建筑物打印，而只能够通过打印构件来进行拼装，因此3D打印技术还无法在高层建筑中进行打印，如果要打印出几十层的建筑物，那么就需要设计出更加庞大的打印机，并且还要解决打印结构的强度理由。
3D打印技术在土木工程应用中的展望
首先，商品混凝土的原材料将会比现在的种类多出许多，应用的也将更为广泛，例如胶凝材料，未来可能将树脂材料、特种水泥材料，甚至是镁质胶凝材料作为其主要材料，此外，对于粗细的要求将会更加严格，以满足3D打印的实际需求，也有可能使用破碎工艺制造出现在没有的材料，并且外加剂也将会产生较大的转变，材料运用的不用将在混凝土中的作用也存在着巨大的差异。为了能够满足3D打印需求，混凝土不仅需要在空气中快速的凝结，而且其还应该具备优秀的流变性，骨料的粒径将进一步的缩小，粒径也更加趋于圆形，并且由于新型外加剂的使用，使得其能够完美的解决各层间的结合
理由。
其次，混凝土在配合比的设计上，可能还需要一些新的成熟的理论支撑，这是由于3D打印使用到的混凝土与传统混凝土有很大的差别，新的混凝土的各项性能也存在着巨大的差异，已经不是传统的水灰比、砂率等能够左右的，由于其性能发生了巨大的转变，如硬化能力、收缩能力等，目前的混凝土相关强度理论、水化理论等都无法应用到新的混凝土中。为了进一步的获得更耐久、更高强度、更完美的拌合物性能，需要从新的角度去进行实践，再得到新的理论，然后再不断的完善理论，找出新的配合比设计策略，并建立起相关的计算模型、硬化模型、寿命模型等。
最后，由于3D打印机将会随机不间断进行工作，混凝土生产持续性上也会随着3D打印的全过程不断运转。因此整个工程施工将会在一个周期或者是一次性完成，那么这就给搅拌系统提出了很高的要求，使得整个搅拌工作能够在搅拌运输车上完成。
结束语
随着3D打印在未来的要求将不断的提高，那么对于生产系统的要求也将进一步的提高，如混凝土搅拌的匀质性、计量的精度、生产的效率等，所以使得商品混凝土行业的门槛也将有所提高，同时还需要经过系统化专业培训的工作人员才能够生产出更优秀的商品，才能更好的满足市场的需求。
（作者单位：徐州工程学院土木工程学院） 全文地址：www.7ctime.com/plclw/lw48715.html上一论文：阐述堤防工程施工质量制约与管理