
尽管我们已经实现了从绘图板到数字屏幕的过渡,但物理建筑模型仍在帮助建筑师可视化蓝图方面发挥着重要作用。
3D 打印技术有助于缩小数字世界和物理世界之间的差距,使建筑师和模型制作人员能够直接根据数字图纸快速经济地创建高精度建筑模型。
本指南提供了有关使用 3D 打印制作建筑模型、不同建筑 3D 打印工艺以及利用建筑 计算机辅助设计 (CAD) 软件 创建 3D 打印模型的工作流程的全面信息。

为什么选择用 3D 打印来制造建筑模型?
从古埃及文明开始,人们就一直在建筑结构开发过程中利用建筑模型来展现建筑的物理特征,以便为项目销售、支持筹款工作和解决施工难题提供帮助。
从传统意义上来说,模型制作是一种需要用到木材、陶瓷、纸板或粘土等材料的手工工艺,不仅非常耗时,而且高度重复。如今,建筑工作室和建筑业务中心可以选择使用种类更加广泛的工具(包括 CNC、激光切割机和 3D 打印机),以减少劳动力需求并提升工作流程速度。
而现代 3D 打印工艺则为建筑师和模型制作人员提供了彻底改变模型制作方式的手段。他们可以通过以下方式实现这一目标:
加快建筑模型制作流程。
将 CAD 图纸直接准换为高精度的 3D 实体模型。
开发难以或无法手工制作的复杂设计部件。
简化沟通并展示传统 2D 图纸难以表达的特定区域。
以更低的生产成本进行更多的设计迭代。
例如,一位普利兹克建筑奖得主创立了 Renzo Piano 建筑工作室 (RPBW),该模型制造商 使用 SLA 3D 打印机 来快速开发和制造精确的模型。
“我们的模型每天甚至每小时都在变化。由于建筑师更改项目的速度非常快,在大多数情况下,我们没有足够的时间进行手工制作。因此,我们必须找到一种更快的方法,”RPBW 的模型制作师 Francesco Terranova 表示。
3D 打印机可以在数小时内制作出模型,甚至可以在夜间运行以节省时间。“好在我们可以在晚上启动打印机,在早上回到工作室时,模型就已经准备就绪了。如此一来,就不会浪费我们宝贵的工作时间,”Terranova 先生说道。

在建筑领域中,3D 打印技术非常适合制造复杂的部件,图中模型上的树木就是采用 Formlabs SLA 3D 打印机 3D 打印而成的。
3D 打印可用于制作整栋建筑的建筑模型,也可与其他工具和工艺结合使用。RPBW 的模型制作人员使用 CNC 加工或激光切割来制作建筑模型的基本部分,并使用 3D 打印机来制作更加复杂精巧的部件,如楼梯、树木、球体和曲面,而这些部件的手工制造过程将非常耗时。例如,RPBW 团队利用 3D 打印为热那亚新圣乔治高速公路大桥模型制造了立柱的复杂接缝,这座大桥最近取代了 2018 年倒塌的莫兰迪大桥。将 3D 打印与传统制造解决方案相结合可以加速创造性过程,并提高建筑模型的精确度。
3D 建筑模型的主要目标之一是简化建筑师之间的交流,以便建筑师向客户展示设计方案。 总部位于美国洛杉矶的 Laney LA 设计公司 的项目大多是定制住宅,因此清晰展现住宅或结构的尺寸尤为重要。建筑师 Paul Choi 及其团队使用 3D 打印技术来展示项目的特定区域,这些区域的复杂程度很高,因此难以通过传统的 2D 图纸进行表达。

Laney LA 的建筑师利用 3D 打印技术制作模型,从而能够以全新的视角和有利的位置来审视该项目。
Choi 表示:“我们总是乐于尝试展现某个与项目有关的想法,并通过模型将其区分出来,无论是某个房间还是某个空间,甚至还包括场地的地形,我们都希望通过模型的剖面图对其进行突出表示。”

RPBW 的模型制作人员使用 Form 3 SLA 打印机 加快比例模型的制作速度。
选择适合打印建筑模型的 3D 打印机
在使用 3D 打印制作建筑模型方面,并非所有方法都会起到相同的效果。为特定用例选择正确的打印技术非常重要。
最热门的建筑模型 3D 打印技术包括立体光固化 (SLA)、熔融沉积成型 (FDM)、选择性激光烧结 (SLS) 和粘合剂喷射成型。
立体光固化 (SLA)
立体光固化 诞生于 20 世纪 80 年代,是世界上首款 3D 打印技术,且至今仍是最受专业人士欢迎的技术之一。 SLA 树脂 3D 打印机 可使用激光将液态树脂固化成硬化塑料,这一过程称为光聚合。
与其他所有塑料 3D 打印技术打印的部件相比,SLA 打印部件的分辨率和精度表现都更加出色。SLA 部件还具有最光滑的表面光洁度,并且易于上色。

SLA 部件具有锋利的边缘、光滑的表面光洁度和极少的可见层线,非常适合制作高度精细的展示模型。该模型由 Form 3 SLA 打印机 打印而成。
SLA 适用于制作向客户或公众展示概念和想法的高精细展示模型。
得益于 Draft Resin 等快速打印材料,SLA 也成为了制造大多数部件速度最快的 3D 打印工艺。桌面级 SLA 打印机可用于制造小巧紧凑的部件,而 Form 3L 等大幅面 3D 打印机则可以帮助建筑师和模型制作人员制作出真正的大型模型。

熔融沉积成型 (FDM)
熔融沉积成型 (FDM) 也称熔丝制造 (FFF),是消费者群体中使用最广泛的 3D 打印形式,业余级 3D 打印机的出现加速了该技术的发展进程。FDM 3D 打印机通过熔化并挤出热塑性长丝使部件成型,打印机喷嘴会将热塑性长丝逐层沉积在成型区域。
在四种 3D 打印工艺中,FDM 的分辨率和精度最低,不是打印复杂设计或具有精细特征的部件的最佳选择。FDM 适用于在设计初始阶段制作的基本概念设计模型,因为它能够以低成本快速制造相对较大的模型。

与 SLA 打印机(右)相比,FDM 打印机不擅长处理复杂设计或具有精细特征的部件(左)。
选择性激光烧结 (SLS)
选择性激光烧结 是工业应用中最常见的增材制造技术。SLS 3D 打印机使用高功率激光来熔合小颗粒的聚合物粉末。未熔合的粉末将在打印过程中支撑部件,所以不再需要使用专门的支撑结构。
因此 SLS 成为了构造内部特征、凹槽、薄壁和凹入特征等复杂几何形状的理想选择。使用 SLS 打印机生产的部件具有出色的机械特性,因此也适用于制造结构部件。

SLS 是打印复杂几何形状和精细细节的理想选择。该模型的细节可使用 Fuse 1 SLS 打印机打印而成。
粘合剂喷射成型
粘合剂喷射成型 3D 打印技术与 SLS 打印技术类似,但可以使用彩色粘合剂(而非加热)来粘合粉末状砂岩材料。粘合剂喷射成型打印机可以打印出生动的全彩 3D 建筑模型。
使用粘合剂喷射成型技术制作的部件表面多孔,而且非常脆,因此只建议将该工艺用于静态应用。

粘合剂喷射成型打印机可以打印出生动的全彩建筑模型。
建筑 3D 打印机对比
立体光固化 (SLA) | 熔融沉积成型 (FDM) | 选择性激光烧结 (SLS) | 粘合剂喷射成型 | |
---|---|---|---|---|
分辨率 | ★★★★★ | ★★☆☆☆ | ★★★★☆ | ★★★☆☆ |
准确度 | ★★★★★ | ★★★★☆ | ★★★★★ | ★★★☆☆ |
表面光洁度 | ★★★★★ | ★★☆☆☆ | ★★★★☆ | ★★★☆☆ |
易用性 | ★★★★★ | ★★★★★ | ★★★★☆ | ★★★★☆ |
设计复杂性 | ★★★★☆ | ★★★☆☆ | ★★★★★ | ★★★☆☆ |
成型体积 | 最高 300 × 335 × 200mm(桌面级和台式 3D 打印机) | 最高 300 × 300 × 600mm(桌面级和立式 3D 打印机) | 最高 165 × 165 × 300mm(立式工业级 3D 打印机) | 最高 254 × 381 × 203mm(工业级 3D 打印机) |
价格范围 | 专业桌面级打印机的起售价为 3500 美元,大幅面立式打印机的起售价为 11000 美元。 | 经济型打印机和 3D 打印机套件的起售价为几百美元。质量更高的中端桌面级打印机的起售价约为 2000 美元,工业系统的起售价为 15000 美元。 | 立式工业系统的起售价为 18500 美元,传统工业打印机的起售价为 10 万美元。 | 粘合剂喷射成型 3D 打印机是昂贵的工业机器,价格从 3 万美元到 10+ 万美元不等。 |