D打印混凝土技術(shù)具有顯著優(yōu)勢，如快速施工、節(jié)約成本、安全環(huán)保等，在眾多實際工程中展現(xiàn)出獨特魅力，該技術(shù)也存在一些缺點，由于打印材料和打印技術(shù)的特殊性，3D打印混凝土表現(xiàn)出獨特的宏觀各向異性，而對其本構(gòu)關(guān)系的研究還不夠深入，雖然3D打印混凝土的工程案例眾多，但成熟的結(jié)構(gòu)加固增強方法以及定量的結(jié)構(gòu)承載力分析理論和方法仍有待研究，適應(yīng)材料和印刷工藝的具體要求，實現(xiàn)材料的高效利用，優(yōu)化設(shè)計對于3D打印混凝土結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，但目前相關(guān)領(lǐng)域還處于起步階段。

3D打印技術(shù)加固混凝土的優(yōu)缺點

優(yōu)點

施工工期短，施工過程無污染

3D打印技術(shù)可以顯著縮短施工時間，提高施工效率。例如，中國的3D打印機可以在一天內(nèi)完成10幢200平方米的建筑，這是傳統(tǒng)建筑方式所不能達到的速度。整個打印過程只需一臺3D打印機、一臺計算機、3到5人以及打印所需的材料。將圖紙錄入電腦，根據(jù)圖紙及相關(guān)數(shù)據(jù)，可以快速精準(zhǔn)地完成建筑墻體、樓板的打印。

材料環(huán)保，成本低

3D打印所需的材料通常是回收可利用的建筑垃圾，經(jīng)過處理、加工、分離后，再與高強混凝土按一定比例配合，形成3D打印建筑的材料。這種方法避免了傳統(tǒng)人工砌筑造成的材料浪費，一次成型，避免返工。這些優(yōu)點在節(jié)能減排、綠色低碳的可持續(xù)發(fā)展中是值得提倡和發(fā)展的。3D打印的建造模式極大地減少了人工成本、運輸成本、管理成本等，較傳統(tǒng)建筑方式可降低50%。

墻體自重輕

3D打印建筑所打印的墻體是空心的，中間添加Z形支撐，可以減輕墻體重量。中間可添加泡沫材料以達到保溫隔熱、降噪吸聲的目的。相比鋼筋混凝土實心墻體，3D打印建筑的墻體要輕得多。

提高質(zhì)量

3D打印的產(chǎn)品是無縫銜接的，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性和連接強度遠高于傳統(tǒng)建筑。據(jù)測算，3D打印建筑結(jié)構(gòu)的最高強度可達10000PSI（約合69.0MPa），而傳統(tǒng)人工建成的建筑結(jié)構(gòu)強度一般只有3000PSI（約合20.7MPa）。

有利于環(huán)境保護

3D打印建筑技術(shù)更加環(huán)保，例如建造觀景房過程中不再需要將水泥和木材運輸至建筑工地，每個設(shè)計只需要少量的原材料，因此使用原材料減少，從而減少了浪費，并且所有材料都可以熔化回收利用。甚至可以用3D打印機打印太陽能電池板直接鋪于房屋外層。因此，將3D打印技術(shù)應(yīng)用于住宅產(chǎn)業(yè)化將更加有利于環(huán)境保護。

降低施工作業(yè)危險性

使用3D打印技術(shù)建造房屋將比現(xiàn)在的建筑技術(shù)更加安全，降低了施工現(xiàn)場高空墜落、坍塌、物體打擊的事故。

建造出復(fù)雜、特殊、個性化的建筑產(chǎn)品

3D打印技術(shù)可以將建筑師的設(shè)計想法變成現(xiàn)實，無論多么復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計，只要能將其圖紙畫出來，利用3D打印技術(shù)便可一次成型，解決了傳統(tǒng)建造方式無法突破的難題。

快速解決人口居住問題

由于棚戶區(qū)的不斷膨脹，快速的城鎮(zhèn)化，經(jīng)濟停滯蕭條，高失業(yè)率，貧窮，自然災(zāi)害和社會矛盾等問題將為整個社會帶來嚴(yán)重威脅?？焖俅蛴×畠r的生存空間可能是解決這個社會快速變革所帶來的人口居住問題的部分解決方案。理論上，3D打印的增材制造是替代棚戶區(qū)的解決方案。成本低廉，也無需太多人工，多數(shù)的建造過程由自動化機器人完成。

缺點

材料結(jié)構(gòu)性能不確定

3D打印建筑的材料結(jié)構(gòu)性能尚不確定，需要進一步研究和驗證。

行業(yè)內(nèi)缺少相關(guān)規(guī)范

3D打印建筑是一個全新的領(lǐng)域，建筑行業(yè)內(nèi)還沒有任何相關(guān)的規(guī)范條例。使用年限和房屋產(chǎn)權(quán)等一系列問題都沒有部門的認可。

建筑的表面粗糙

3D打印技術(shù)運用逐層堆疊的原理，打印層后，需要等待牙膏狀打印材料固化之后再進行下一層打印，這可能導(dǎo)致建筑表面較為粗糙。

技術(shù)研發(fā)還不夠成熟

3D打印技術(shù)目前還處于初級階段，制約其發(fā)展的關(guān)鍵因素之一是3D打印所消耗的材料，因此該技術(shù)成為主流生產(chǎn)建造技術(shù)還需要各方面技術(shù)的提高。

原材料的問題

3D打印混凝土相對于傳統(tǒng)的模成型混凝土對原料的要求更為苛刻，普通水泥可能無法同時滿足建筑性能與打印技術(shù)的要求，粗細骨料的質(zhì)量要求會更高，甚至要采用新的破碎工藝制度，而對于外加劑在混凝土體系中發(fā)揮的作用及作用機理也可能會發(fā)生改變。

配合比理論的問題

3D打印混凝土技術(shù)對混凝土的粘聚性、擠出性和可建造性等新拌性能提出了特殊的要求，同時，打印過程對混凝土的后期硬化性能會產(chǎn)生較大影響，這并不是可以簡單地依據(jù)水灰比、砂率等參數(shù)的調(diào)整而可以滿足的。依據(jù)現(xiàn)有的混凝土配合比理論配制的混凝土是否可以較好地滿足3D打印的工作性要求、達到打印硬化后力學(xué)性能與耐久性指標(biāo)的要求仍有待確定，這就需要從新的角度去提出新的理論，以更好適應(yīng)于3D打印混凝土技術(shù)。

軟件的問題

與傳統(tǒng)混凝土施工不同的是，3D打印混凝土需要先完成電腦上模型的構(gòu)造，再通過自動化程序使之轉(zhuǎn)換為實物，因此，設(shè)計軟件成為3D打印混凝土技術(shù)準(zhǔn)備階段的重要組成部分，而如何實現(xiàn)軟件與現(xiàn)實之間的轉(zhuǎn)換成為打印混凝土發(fā)展不可或缺的步驟。

成型高度的問題

目前的3D打印混凝土技術(shù)所使用機械的能力仍處于平面擴展階段，可適用于低層大面積建筑的建設(shè)，而對于廣泛使用的高層建筑還無法進行打印，只能通過先打印預(yù)制件、再進行組裝的方式來實現(xiàn)。同時，要將幾十層的建筑物打印出來，需要設(shè)計出巨型的3D打印機，解決大型建筑物結(jié)構(gòu)強度問題，以及建筑物中鋼筋的打印問題。

綜上所述，3D打印技術(shù)在加固混凝土方面具有顯著的優(yōu)點，如施工速度快、成本低、環(huán)保等，但也存在一些缺點和技術(shù)挑戰(zhàn)，如材料性能不確定、缺乏行業(yè)規(guī)范、表面粗糙、技術(shù)研發(fā)不成熟等。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，這些缺點有望得到克服，3D打印技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更加廣闊。

3D打印建筑的市場應(yīng)用現(xiàn)狀

3D打印技術(shù)在建筑行業(yè)的未來趨勢

3D打印混凝土的技術(shù)難點解析

3D打印建筑的環(huán)境影響評估