随着工程建设的不断加快，传统建筑施工过程中资源消耗高、危险系数高，以及生产效率低等问题的日益加重，遵循绿色环保、文明施工、劳动强度降低等理念的3D建筑打印技术应运而生。

3D 建筑打印技术是“快速成型技术”（rapidprototy-ping，简称 RP）的一种，是以数字模型为基础，以胶凝材料、掺合料、添加剂、特种纤维、骨料为主制成的特殊“油墨”，运用计算机制图将建筑模型转化为三维设计图后，通过分层加工、叠加成型的方式逐层增加材料来将建筑物打印建造出来的技术。20 世纪 90 年代，美国学者Pegna最早将水泥基材料用于 3D 打印，通过砂浆逐层累积并利用蒸养快速固化的方式，打印出混凝土（砂浆）结构。经过近30年的发展，混凝土3D打印技术已能够完成混凝土制品和结构的打印，并打印低层房屋。、

3D打印混凝土的基本原理

3D打印混凝土的制造原理与传统混凝土的制造方法略有不同。传统混凝土的制造是将砂、石、水泥等材料按照一定的比例混合，然后用水泥搅拌成砂浆或混凝土，浇注成型，达到一定的强度。而3D打印混凝土是通过3D打印技术，将混凝土的原材料分层打印出来，再通过后期的加工和处理，最终制造出具有一定形状和性能的混凝土。

具体来说，3D打印混凝土的制造过程可以分为以下几个步骤：

第一步是通过3D打印机将模具塑型。打印模具采用高分子材料或塑料等材料制成，可以根据需要制成各种形状和尺寸的模具。

第二步是在模具中填充混凝土。混凝土是3D打印混凝土的主要原材料，通常使用水泥和水作为黏结剂，将混凝土打印成一定的形状和厚度。

第三步是进行后期处理。打印完成后，需要对混凝土进行后期处理，例如涂装、磨光、固化等，以提高混凝土的性能和美观度。

剑桥大学3D打印出特殊混凝土结构

剑桥大学与私营企业合作，在三维打印技术的基础上又向前迈进了一步，不仅在一小时内制造出了混凝土基础设施单元，而且还集成了传感器，使其能够自我监测，并在未来实现自我修复。

无论它们看起来多么平凡，土木工程建筑都是一些非常复杂和严谨的工程设计的产物，具有非常真实和重要的功能，许多人直到他们面前的道路被冲毁或匝道坍塌时才意识到这一点。

其中之一就是所谓的顶壁，它是一种在排水沟或暗渠口处有一个洞的挡土结构。它的作用是固定暗渠或类似设施，防止周围的填料被流水冲走。此外，它还可以为附属桥梁和道路提供结构支撑，并控制水流。

这是一项非常古老的土木工程，但坎布里奇（Cambrdige）对安装在康沃尔郡 A30 公路上的这一设备进行了新的改造，使用机器人 3D 打印机臂在现场建造，铺设多层速凝混凝土，仅用一小时就可硬化。同样，这并不新鲜。新颖之处在于，在打印顶墙的过程中，激光雷达装置对结构进行了精确扫描，建立了一个数字虚拟孪生结构，可以与实物进行比较。

此外，还在湿混凝土中安装了无线传感器，以传输温度、应变、压力、湿度、电阻率和电化学电位等数据。

温度尤其重要，因为快速凝固的混凝土会产生大量热量，这可能会在硬化和固化过程中损坏顶墙。这一点非常重要，因为新结构的另一项创新是不使用传统的钢筋骨架。相反，它依靠自身的几何形状来获得强度，这对于具有中空、弯曲内壁的结构来说并不容易。

在剑桥大学工程系教授阿比尔-塔巴（Abir Al-Tabbaa）的领导下，实验的目标是利用传感器和数字建模来评估 3D 打印结构的稳定性，使其对工业界更具吸引力。除了创造出比传统结构更便宜、建造速度更快的产品外，实验的目的还在于测试传感器本身的可靠性、坚固性、准确性和使用寿命，或许有一天还能将团队正在开发的自愈合混凝土融入其中。

Al-Tabbaa 说："这个项目将成为一个有生命的实验室，在其生命周期内产生宝贵的数据。传感器数据和'数字孪生'将帮助基础设施专业人员更好地了解如何使用 3D 打印技术，并为战略公路网量身定制打印更大、更复杂的水泥基材料。"

混凝土3D打印技术优势

1.建造效率高

打印机可以连续自动化工作，一个项目用传统建造方式可能需要数周或数月才能完成，而 3D 打印混凝土技术通常可以在几个小时或几天内完成一个项目。以吊装装配式的建筑方式，大大减少施工现场工人数量。只需要一台3D打印机，由人来编程，操作设备跟输送材料即可。

2.省工序

一次成型，可同时打印内部构造，无需另砌或多次施工。例如可同时做好内外饰面，以及内部突出或凹进构造，免去多种工序、工种的减少，也避免了不必要的工地工种间的工程量、施工时间等的冲 突，优化工地工种结构。

3.低碳环保

混凝土3D打印技术免模板、节省材料，属于低碳技术。另一方面，3D打印混凝土材料可以充分利用固废进行生产，进一步减少碳排放。

4.设计自由度高

混凝土3D打印技术给建筑师们带来无限的遐想和对建筑物设计创造的灵感，基于计算机智能控制的建造技术，实现建筑构件免模板的施工工艺，在曲面建筑和穹顶式建筑建造上具有明显优势，推动建筑艺术的发展，提高设计的自由度。

3D打印混凝土的应用

3D打印混凝土在建筑、制造业、航空航天等领域有广泛的应用。以下是3D打印混凝土在不同领域的应用：

建筑领域。3D打印混凝土可以制造出各种形状、尺寸和性能的混凝土构件，用于建筑物的承重、围护和装饰等。

制造业。3D打印混凝土可以制造出各种零部件和工艺品等，可用于制造业的生产和制造。

航空航天领域。3D打印混凝土可以制造出各种高性能的飞行器零部件和航天器外壳等，用于航空航天领域的研究和制造。

文章来源： 中国绿色建筑节能，耐尔得智能科技，cnBeta