3d打印建筑有市场吗 (3d打印建筑行业标准)

一、3D打印建筑行业

(一)3D建筑打印行业简介

3D打印技术是一种快速成型新制造技术,是一种以数字模型文件为基础,运用计算机自动控制技术,将打印材料通过逐层打印的方式构造物体,最终把计算机上的蓝图变成实物。其具有数字化、智能化、机械自动化等特点。

3d建筑打印项目现状,3d打印建筑公司的价值定位分析

3D打印建筑其本质上是综合利用管理、材料、计算机与机械等工程技术的特定组合完成工程建造的技术。在建筑功能化、结构造型复杂化、规模扩大化的建筑要求下,传统的施工技术和方法是难以满足和实现的。

(二)3D打印建筑优点

概括来说,3D打印建筑有着以下几个优点:

1.施工工期短,施工过程无污染

当前3D打印机可在24小时内完成10栋200平方米的单层建筑,这个建筑速度是传统建筑方式的数倍。在建筑过程中,采用的材料为新型混凝土材料,使得施工过程中的扬尘、施工噪声污染得到极大的改善。并且还减少了建筑材料、构件的运输,使得建筑能耗大大降低。

2.可打印结构复杂的节点

3D打印能够生产出高度数字化的具有复杂三维内部构造的构件。3D打印技术发展可以实现复杂节点的完整打印。此外,提高构件延性方面也具有重要突破,比如抗震结构中耗能构件的打印。3D打印的应用可以将外加劲肋替换为更利于美观、空间利用的内加劲肋剪切耗能连接,实现在高应力部分的应力减小,达到地震能量的耗散和减小主体结构破坏的作用。

3.3D打印模型对于建筑设计而言优势明显

3D打印可以制造出几乎任何东西,借助CAD软件和3D扫描仪实现或打印。可以让客户更好地可视化的观看建筑设计,3D打印模型使设计变得更加生动形象,可以减少创建建筑模型所花费的时间。3D打印的建筑模型消除了技术图纸和草图的猜测和理论性质,并且非常适合各种与众不同的想法。另外3D打印建筑模型可以轻松重新编辑、重新使用和重新打印3D建筑模型。

(三)3D打印建筑工艺情况

1.3D打印建筑设备

现有的3D打印建筑的设备主要由一个龙门架在X方向上移动,悬挂于龙门架上的打印喷头在一定区域内进行X、Y、Z三个方向上的打印,再由打印头上部的悬挂杆完成较大尺度的Z方向运动。

2.3D打印建筑工艺

3d建筑打印项目现状,3d打印建筑公司的价值定位分析

3d建筑打印项目现状,3d打印建筑公司的价值定位分析

目前广泛使用的3D打印技术是“轮廓工艺”。材料从喷嘴中挤出的,喷嘴会根据设计图的指示,在指定地点喷出混凝土材料,然后喷嘴两侧附带的刮铲会自动伸出,规整混凝土的形状。轮廓工艺的特点在于它不需要使用模具,打印机打印出来的建筑物轮廓将成为建筑物的一部分,这样大大提升了建筑效率。

3.原材料

3D打印建筑所使用的材料是一种经过特殊玻璃纤维强化处理的混凝土材料,其强度和使用年限大大高于钢筋混凝土。其原料主要是建筑垃圾、工业垃圾和矿山尾矿,另外的材料主要是水泥和钢筋,还有特殊的水泥快速凝结外加剂。

(1)增强纤维。据公开资料披露,目前3D打印混凝土建筑采用的是玻璃纤维增强混凝土,其特点是抗拉、抗弯和抗裂强度比普通混凝土高,因而广泛应用于建筑外墙板、天花板、隔墙板等非承重构件,比如上海世博会法国馆外表的白色混凝土网格,就是采用的玻璃纤维混凝土。

(2)骨料,是混凝土中占比最大的材料,3D打印混凝土对骨料的要求比传统混凝土更高。强度高、密度小、颗粒形貌接近球型的骨料是最适合3D打印混凝土使用的。颗粒级配、含泥量、有害物质含量等指标要求更加严格。这些都是由3D打印混凝土的特殊性所决定。

(3)外加剂,在混凝土组成材料中占比最小,但是却显着改善了混凝土的性能,3D打印混凝土要求工作性能更高,在管道内具有优异的流动性,同时从喷头出来后又能在空气中快速凝结,因而必然要求外加剂具有多种功能,必须是一种复合型的超塑化剂。

二、中国3D打印建筑产业市场现状分析

近年来,我国3D打印产业发展迅速,广泛应用于工业制造、艺术创作、建筑设计、航空航天、生物工程等多个领域的新兴技术。据统计,截至2020年我国3D打印产业规模达到203亿元,同比增长42.8%;预计2021年我国3D打印产业规模将达到251.3亿元。

从下游应用行业来看,目前工业中使用3D打印最多的行业是汽车工业,占比为16.4%。其中建筑建材行业在3D打印下游应用中占比4.7%。这种比例的区分与3D打印的原材料的来源及使用便利程度有很大关系。

三、中国3D打印建筑技术应用进展分析

目前,在世界范围内3D打印建筑行业还处于探索和培育阶段,主要开展3D打印材料、设备等研发和小型构件的打印试验,采用3D打印技术建造大型基础设施和建筑的工程项目还很少,致力于3D打印建筑技术的企业数量和规模尚待增加。作为一个具有巨大发展前景的新兴行业,3D打印建筑行业需要国家政策的大力支持、基础研究的突破,也需要各企业的共同努力。

行业内有影响力企业名单

产品名称

当前融资轮次

成立日期

所属地

产品介绍

格林普

-

2012-09-19

辽宁

格林普是一家专业生产大型和超大型3D打印建筑设备的企业。公司主要有两大核心产品:超大型建筑工程3D打印机和管廊3D打印机。

盈创科技

A轮

2003-07-24

上海

上海盈创是一家3D打印建筑技术公司,主要业务为建筑部品部件的生产和制造,其中建筑相关部品部件3D打印业务收入占总收入的60%。

极致盛放

股权融资

2014-10-22

上海

极致盛放致力于将现代数字技术与形态、结构、材料进行创新性融合,是国际著名的3D打印设计公司,该公司致力于提供全球范围内三维设计和研究服务,专注于定制设计和3D打印相关的研究、开发和用户培训,隶属于上海极臻三维设计有限公司。

君志达

-

2018-06-13

湖南

湖南君志达科莱达新型建材科技有限公司致力于在新型建材领域节能、环保技术的研发制造,提供工程一站式服务。

枭龙

-

2017-08-10

广东

武汉枭龙孚克兹科技股份有限公司是一家专业从事3D打印建筑的高新技术公司,主要业务:3D打印房屋、大厦、别墅、厂房,提供一站式服务,包括设计、建模、材料、打印、安装等。

博彭科技

-

2014-09-11

浙江

博彭科技是一家3D建筑打印系统研发商。其3D建筑打印系统(自动房屋建造系统)能做到由计算机自动控制的快速建造系统,以远低于传统工艺的的成本,在非常短的时间内,直接把在计算机里设计好的建筑模型建造成实际的建筑物。

谢亿民科技

A轮

2015-07-31

江苏

谢亿民工程科技(常州)有限公司拥有世界领先的ESO/BESO拓扑优化技术,同时掌握3D打印等先进制造技术,致力于为工业、医疗、建筑等行业客户提供创新的“从设计到制造”的一体化解决方案。

恒辉3D打印

-

2017-11-28

广东

深圳市恒辉空间智能技术有限公司旗下的恒辉3D打印是一家致力于3D打印服务的公司,专注于3D打印领域。产品有3D打印、房产沙盘模型3D打印、工业模型沙盘3D、打印工业产品零件3D打印、文创动漫人像FreeForm触觉式设计等。

拓扑拓科技

-

2018-02-08

北京

北京拓扑拓科技有限公司成立于2018年,我们专注于开发3维CAD相关的云端产品。是一家致力于为工业设计和智能设计提供云端赋能的企业。主要业务:云端3维CAD模型的浏览与分析系统、云端定制化3维设计系统、参数化3维模型库。

三维派

-

2018-12-06

广东

三维派是一家家装3D打印技术提供商,致力于使用3D打印技术,配合传统GRG材料制作工艺,将未来主义室内风格推广到家装领域。

数据来源:天眼查

3D打印建筑技术应用有了部分成果,主要是3D打印房屋、3D打印桥梁主体结构及辅助构件、3D打印共巩基础设施、3D打印大型景观构件、3D打印装修维护结构、3D打印异型小品构件、3D打印防疫方舱等。

3D打印建筑应用进展

应用进展

内容

3D打印房屋

通过3D打印来打印建筑是3D打印建筑技术一个最重要的应用方向。3D打印建筑目前一般按照建筑设计三维模型打印墙体的外轮廓,中间一般为中空,墙体的打印外壳可以作为模板,中间填充混凝土或保温材料。

3D打印桥梁主体结构及辅助构件

混凝土3D打印不仅在房屋建造中进行应用,而且混凝土3D打印也很适合在轨道桥梁工程中进行应用,特别是非常适合打印桥梁工程、市政轨道工程中墩柱的模板。3D打印不仅可以打印桥体的构件模壳,还可以打印桥梁的围护栏杆构件,具有良好的强度和耐久性。

3D打印公共设施

城市中的公共设施建筑一般具有小型化,多样化的特点,3D打印建筑针对这样的小型建筑的建造相较传统制模具有很大的优势。既可以满足快速制作,又可以根据设计进行专业化的定制,具有良好的应用前景。这些打印的公共设计一般体积小、可以进行吊装移动,满足城市不同位置的需求进行打印预制,然后直接搬用的现场使用。

3D打印大型景观构件

3D打印在异形曲线的路径的打印具有独特优势,通过混凝土3D打印可以制作一些景观雕塑。再通过后期的表面处理提高作品的表观质量,可以在如今美丽城市、人文城市的今天大有作为。通过3D打印工艺也可以实现建筑师的大胆设计,降低传统石材雕刻对环境的污染,节能环保。

3D打印装修围护结构

3D打印建筑技术可以打印一些定制图案的围护墙体、多功能的绿植墙体,甚至利用其可以打印河岸工程中的护堤墙块,具有免模板,快速高效特点。

3D打印异型小品构件

利用3D打印技术可以打印公园里的休闲桌椅、树池花池以及一些宣传性的艺术字体。这些构件通过定制模板一般是很难完成或者成本很高,但是通过3D打印技术只需要根据设计图纸进行建模,然后将设计的图形导入打印机打印出来即可完成。

3D打印防疫方舱

南京绿色增材智造研究院开发的南京新区防疫测控方舱投入使用,方舱墙体的设计采用了BIM技术和模块化设计思想:将防疫测控方舱按功能划分舱室、以单元模块进行舱室构件打印,单元模块可快速安装,并可根据需求改变方舱舱室数量,由此实现快速建造并适配不同企业的具体需求,防疫测控方舱高2.9m,。防疫方舱集成了人脸识别系统、红外测温系统、AI大数据管理系统,并配有超声波雾化消毒装置和紫外线消毒装置等。

数据来源:公开材料整理

四、钢铁企业涉及3D打印情况

自2015年,国务院发布《中国制造2025》重点领域路线将3D打印列入重点发展领域,在此预期下,国内的各大钢企纷纷启动在3D打印行业的布局。2021年,我国十四五规划发布,其中在“智能制造与机器人技术”中,明确提出“发展增材制造”,给3D打印又明确了发展方向。

目前国内钢企涉及3D打印主要是金属粉末打印及表面处理,根据公开材料看,只有永钢集团涉及建筑3D打印,且已经有一定的产业规模。

应用进展

内容

永钢集团。

2018年,永钢集团投资5000万元,引入了钢渣3D打印生产线。原材料主要是钢铁冶炼产生的固废钢渣,这些固废钢渣经过颗粒化碾磨处理后,添加黏合剂,可以打印出硬度不低于传统混凝土硬度的成品,包括治安岗亭、生态厕所、公交站台、共享公寓等建筑物,以及花坛、景观绿化墙等配套材料。

2020年“参与‘张家港湾’工程建设,永钢集团3D打印产业发展的一个‘里程碑’,是产品在满足创意性和定制化需求条件下,走向规模化应用的开端。

敬业集团

2017年1月,敬业集团成立3 D打印技术研发中心,购进全球最先进的金属打印设备,携手国内各大高校、研究企业共同进行最新3D打印技术研发,主要服务于航天研究院所零件开发生产任务。

2017年底敬业集团成为国内首家引进超高速激光熔覆技术的企业,引进了机械科学研究总院自主研发制造的国内首套200千克金属粉体高效气雾化成套生产技术装备。注册河北敬业增材制造科技有限公司,成为国内大型金属粉末生产商,该项目累计投资达23亿元。现在敬业集团的超高速激光熔覆技术生产线均投入使用并在不断扩建中,高性能粉末先进成形产品(粉末工模具钢)生产线正在计划筹建中,敬业集团将成为全球唯一一家全流程增材制造公司。

鞍钢集团

鞍钢集团与北京三帝打印科技公司签署“先进金属材料与增材制造联合实验室”共建协议,合力开展金属3D打印基础性和共性技术研究、3D打印用粉材开发与评价、粉材生产工艺与设备、3D打印工艺技术及应用等全产业链研究和创新工作,计划通过整合鞍钢在铁粉、铝粉、钛粉、冶炼、制造、评价等领域的研发和生产资源,与行业龙头企业进行技术对接和合作,实现3D打印领域科技创新。

2018年2月鞍钢旗下的攀钢集团研究院有限公司完成了金属选区激光熔化成型系统项目国际公开招标。标志着攀钢绿色智能制造产业平台建设有了新进展,首台工业级金属选区激光熔化3D打印机将为攀钢增材制造研究提供有力支撑。鞍钢集团攀钢研究院目前与西北有色金属研究院等单位携手正在讨论起草《钛及钛合金粉末球形率的测定方法标准》。

杭钢集团

杭钢所属的浙江省冶金研究院的子公司浙江亚通焊材公司研制成功由焊料转型升级发展而来的9个品种金属3D打印材料,打印的产品已在*用军**、民用高精度复杂结构零部件制造中得到应用,产品涵盖从航空航天到人工骨骼、太阳能光热发电机部件等高附加值新产品。

宝武集团

宝武集团将3D打印技术应用于设备修复和再制造,旗下的宝钢技术联合国内相关高校、科研院所,利用激光3D打印再制造技术修复设备。

宝武集团在成功实现多种冶金部件3D打印再制造的基础上,又成功在冶金核心部件——结晶器铜板表面“打印”出激光强化涂层,使之寿命提高两倍,引领和推动激光3D打印再制造技术在国内冶金行业的产业化应用。

中国钢研科技集团公司

中国钢研科技集团公司积极投入3D打印专用金属粉末技术和工艺研发,出台促进科技创新和成果转化指导意见、1.5%自主运营投入、科研仪器设备考核加回等政策,推动集团公司3D打印技术领域科技创新。同时组建3D打印技术交流平台,加强集团内部合作,并充分利用外部技术和资源优势,形成跨学科跨领域交叉融合,协同攻关重点突破3D技术壁垒。

五、3D打印建筑技术展望

3D打印建筑技术对环保、建筑业、商品混凝土行业带来的改变是显而易见的。可以预见在今后很长一段时间内3D打印仍然将被人们广泛关注。由于看好3D打印技术所表现出来的广阔的应用前景,许多国家纷纷出台本国的3D打印发展规划,布局3D打印产业。

3D打印技术在建筑领域的应用研究刚刚开始,还存在许多亟待解决的问题,比如适合3D打印的建筑材料的研究,是仍然使用混凝土还是开发其他种类的建筑材料,如果使用混凝土,混凝土的工作性能、耐久性能则需要进行专门的设计和评估;建筑垃圾、矿山尾矿、工业垃圾的选用标准;添加剂新材料的研发;3D打印技术能否把房屋的梁体、墙体和柱体做到和传统行业一样坚固,还有待检验。

3D打印建筑还有很长的路要走,但是毋庸置疑的是,3D打印建筑是存在发展前景的。