建筑3D打印（Construction 3D printing, c3Dp）或3D建筑打印（3D Construction Printing, 3DCP）是指使用3D打印作为制造建筑物或建筑构件的核心方法的各种技术。 替代术语也在使用中，例如大规模增材制造（LSAM）或自由形式构造（FC），也指代用于指代混凝土挤出技术的子组，例如“3D混凝土”。
在建筑规模上使用各种3D打印方法，这些方法包括以下主要方法：挤出（混凝土/水泥，蜡，泡沫，聚合物），粉末粘合（聚合物粘合，反应粘合，烧结）和添加剂焊接。 建筑规模的3D打印将在私人，商业，工业和公共部门中具有广泛的应用。 这些技术的潜在优势包括更快的构造，更低的劳动力成本，更高的复杂性和/或准确性，更好的功能集成和更少的废物产生。
到目前为止，已经证明了许多不同的方法，包括使用工业机器人，龙门系统和系留自动驾驶车辆的建筑物和建筑构件的现场和非现场制造。 迄今为止，建筑3D打印技术的示范包括制造房屋，建筑构件（覆层和结构板和柱），桥梁和民用基础设施，人工鱼礁，愚蠢和雕塑。
近年来，随着许多新公司的发展，该技术的普及程度显着提高，其中一些公司得到了建筑行业和学术界（普渡大学）的知名人士的支持。 这导致了几个重要的里程碑，例如第一个3D打印建筑（Winsun），第一个3D打印桥（D-Shape），第一个3D打印部分在公共建筑（XtreeE），这是欧洲第一个生活3D打印的建筑和CIS（Specavia），欧洲第一个完全由当局批准的3D打印建筑（3DPrinthuset）等等。
历史
播种技术1950 – 1995年
机器人砌砖在20世纪50年代被概念化和探索，并且在20世纪60年代开始围绕自动化建筑的相关技术开发，泵送混凝土和异氰酸酯泡沫。 使用滑移成型技术和类似于3D打印的组件的机器人组装来开发整个建筑物的自动化制造在日本开创，以解决清水和日立在20世纪80年代和90年代建造高层建筑的危险。 由于施工“泡沫”，它们无法响应新颖的架构以及在建筑区域为场地供料和准备材料的问题，许多这些现场自动化的早期方法失败了。
1995 – 2000年的早期发展
早期的建筑3D打印开发和研究自1995年以来一直在进行。发明了两种方法，一种是Joseph Pegna，它专注于砂/水泥成型技术，利用蒸汽选择性地将材料粘合在层或固体部件中，尽管这种技术从未被证明过。
第二种技术，Behrohk Khoshnevis的Contour Crafting，最初是作为一种新型陶瓷挤出和成型方法开始的，作为新兴聚合物和金属3D打印技术的替代品，并于1995年获得专利.Khoshnevis意识到这种技术可能超过这些技术“目前的方法仅限于制造零件尺寸，每个尺寸通常小于一米”。 大约2000年，Khoshnevis在USC Vertibi的团队开始专注于水泥和陶瓷浆料的建筑规模3D打印，包括并探索模块化加固，内置管道和电气服务的自动化集成，在一个连续的构建过程中。 迄今为止，该技术仅在实验室规模上进行了测试，并且引发了争议，并据称成为近期中国努力的基础。
第一代2000年 – 2010年
2003年，Rupert Soar获得资金并在英国拉夫堡大学成立了自由形式建筑集团，以探索扩大现有建筑应用3D打印技术的潜力。 早期的工作确定了在建筑规模上达到任何实际的技术突破的挑战，并强调通过大规模增加集成设计的价值主张（许多功能，一个组件）可以有一些方法进入应用。 2005年，该集团获得资金，使用“现成”组件（混凝土泵送，喷射混凝土，龙门架系统）建造大型建筑3D打印机，以探索这些组件的复杂程度，并切实满足建筑需求。
2005年，意大利的Enrico Dini获得了D-Shape技术的专利，在大约6m x 6m x 3m的区域采用了大规模的粉末喷射/粘合技术。 该技术虽然最初是用环氧树脂粘合系统开发的，但后来适用于使用无机粘合剂。 该技术已在商业上用于建筑和其他领域的一系列项目，包括。
最近的一项发展是与IaaC和Acciona合作，在世界上首次印刷这座桥梁。
2008年，3D混凝土印刷开始在英国拉夫堡大学，由理查德·巴斯韦尔及其同事领导，以扩展该团队之前的研究，并寻求从基于龙门的技术转向工业机器人的商业应用，他们成功地将技术授权给了Skanska in 2014年
2010年第二代 – 现在
2015年1月18日，该公司获得了进一步的新闻报道，推出了另外2座建筑，一座豪宅式别墅和一座5层高的塔楼，采用3D打印组件。 详细的摄影检查表明，建筑物采用预制和3D打印组件制造。 这些建筑物是使用建筑3D打印技术制造的第一个完整结构。 2016年5月，迪拜开设了一座新的“办公楼”。 迪拜未来博物馆项目占地250平方米（2,700平方英尺），是世界上第一座3D打印办公楼。 2017年，宣布了在阿拉伯联合酋长国建造3D打印摩天大楼的雄心勃勃的项目。 Cazza建筑将有助于建造结构。 目前没有具体细节，例如建筑物高度或确切位置。
FreeFAB Wax™，由James B Gardiner和Steven Janssen在Laing O’Rourke（建筑公司）发明。 该专利技术自2013年3月开始开发。该技术采用建筑规模的3D打印技术，可打印大量工程蜡（高达400L / hr），为预制混凝土，玻璃纤维增强制作“快速，肮脏”的3D打印模具混凝土（GRC）和其他可喷涂/浇铸材料。 然后将模具铸造表面进行5轴铣削，去除约5mm的蜡，以产生高质量的模具（约20微米的表面粗糙度）。 在组件固化后，然后将模具压碎或熔化并将蜡过滤并重复使用，与传统模具技术相比显着减少了浪费。 与传统模具技术相比，该技术的优势在于快速的模具制造速度，提高的生产效率，减少的劳动力以及通过重复使用定制模具的材料来消除浪费。
该系统最初于2014年使用工业机器人进行了演示。 该系统后来适用于与5轴高速龙门架集成，以实现系统所需的高速和表面铣削公差。 第一个工业化系统安装在英国的Laing O’Rourke工厂，并将于2016年底启动伦敦一个着名项目的工业生产。
由Loris Jaarman和团队创立的MX3D Metal开发了两个6轴机器人3D打印系统，第一个使用挤出的热塑性塑料，特别是该系统允许制造自由形状的非平面珠子。 第二个是依赖于添加剂焊接（在以前的点焊上基本上是点焊）的系统，过去不同的团队已经开发了添加剂焊接技术，但MX3D金属系统是迄今为止最成功的。 MX3D目前正致力于在阿姆斯特丹制造和安装金属桥。
BetAbram是斯洛文尼亚开发的一种简单的龙门式混凝土挤压3D打印机。 该系统在商业上可用，自2013年起向消费者提供3种型号（P3，P2和P1）。最大的P1可以打印最大16m x 9m x 2.5m的物体。 由Rudenko开发的Total Custom混凝土3D打印机是一种安装在龙门架配置中的混凝土沉积技术，该系统具有与Winsun类似的输出和其他混凝土3D打印技术，但它使用轻型桁架式龙门架。 该技术已被用于制造菲律宾城堡和酒店房间的后院规模版本
世界上第一批建筑打印机系列产品由位于雅罗斯拉夫尔（俄罗斯）的SPECAVIA公司推出。 2015年5月，该公司推出了第一款建筑3d打印机型号，并宣布了销售的开始。 截至2018年初，公司集团“AMT-SPEСAVIA”生产7种型号的门式施工打印机：从小型（用于打印小型建筑形式）到大型（用于打印建筑物，最多3层）打印机。 今天，以“AMT”商标生产的俄罗斯生产的3D打印机正在几个国家运营，包括2017年8月第一台建筑打印机交付给欧洲 – 用于3DPrinthuset（丹麦）。 这台打印机在哥本哈根用于建造欧盟第一座3D打印建筑（50平方米的办公室酒店）。
XtreeE开发了一种多组件打印系统，安装在6轴机械臂的顶部。 该项目于2015年7月启动，拥有建筑行业知名企业的合作和投资，如Saint Gobain，Vinci和LafargeHolcim。
3DPrinthuset是一家成功的丹麦3DPrinting创业公司，也于2017年10月进入建筑分公司，拥有自己的龙门打印机。凭借在斯堪的纳维亚地区的强大名称，如NCC和Force Technology的合作，该公司的分拆迅速获得通过在欧洲建造第一个3DPrinted房屋来实现牵引力。 建筑物按需（BOD）项目，作为结构被称为，是一个位于哥本哈根Nordhavn地区的小型办公室酒店，墙壁和部分基础完全印刷，而其余建筑采用传统建筑。 截至2017年11月，该建筑物正处于应用固定装置和屋顶的最后阶段，而所有3DPrinted部件已全部完工。
设计
建筑师James Bruce Gardiner通过两个项目开创了建筑3D打印的建筑设计。 第一个Freefab Tower 2004和第二个Villa Roccia 2009-2010。 FreeFAB Tower基于最初的概念，将混合形式的3D打印与模块化结构相结合。 这是建筑物的第一个建筑设计，专注于使用建筑3D打印。 Winsun使用的各种设计都可以看到影响，包括关于Winsun原始新闻稿和未来办公室的文章.FreeFAB Tower项目也描绘了多轴机器人手臂在建筑3D打印中的首次推测使用，这种机器的使用近年来，由于MX3D和Branch Technology的项目，建筑内部稳步增长
Villa Roccia 2009-2010与D-Shape合作，为意大利撒丁岛Porto Rotondo的别墅设计了这一开创性工作。 Villa的设计侧重于开发受场地和撒丁岛沿岸岩层影响的特定场地建筑语言，同时还考虑了使用小规模预制3D打印工艺。 该项目进行了原型设计，没有进行全面建设。
Francios Roche（R＆Sie）于2005年开发了“我听说过”的展览项目和专着，探讨了使用高度投机的自推式蛇，如自动3D打印设备和生成设计系统，以创建高层住宅塔。 该项目虽然无法用现代或现代技术付诸实践，但展示了对设计和施工未来的深刻探索。 展览展示了泡沫的大规模数控铣削和渲染，以创建所设想的自由形状的建筑外壳。
荷兰建筑师Janjaap Ruijssenaars的表演建筑3D打印建筑计划由荷兰公司合作建造。 该房屋计划于2014年底建成，但未达到此截止日期。 这些公司表示他们仍然致力于这个项目。
由按照3D Printhuset设计并由建筑师Ana Goidea设计的3D小型写字楼酒店Building On Demand或BOD，在其表面上融入了弧形墙壁和波纹效果，展示了3D打印在水平面上的设计自由度。
建构物
3D打印的建筑物
3D打印运河之家是第一个同类型的全面建设项目。 在短短的时间内，Kamermaker进一步发展，将其生产速度提高了300％。 然而，进展并不足以宣称“世界上第一个3D印刷屋”的称号。
欧洲和独联体的第一座住宅楼采用3D打印施工技术建造，是雅罗斯拉夫尔（俄罗斯）的住宅，面积为298,5平方米。 建筑物的墙壁由SPECAVIA公司于2015年12月印制。在商店中印刷了600个墙壁元素，并在施工现场组装。 在完成屋顶结构和室内装饰后，公司于2017年10月展示了一个完整的3D建筑。该项目的特点是，世界上第一次完成了整个施工技术周期：设计，获得建筑许可证，建筑物注册，所有工程系统的连接。 雅罗斯拉夫尔3D房屋的一个重要特征，也将这个项目与其他实施项目区分开来 – 这不是一个展示结构，而是一个完整的住宅建筑。 今天它是一个真正普通家庭的家。
荷兰和中国的示范项目正在中国，迪拜和荷兰慢慢建造3D打印建筑。 通过努力教育公众了解新的基于植物的建筑技术的可能性，并促进住宅建筑3D打印的更大创新。 2017年，一座小型混凝土房屋进行了3D打印。
Building on Demand（BOD）是欧洲第一家3D打印的房子，是由3DPrinthuset领导的项目，位于Nordhavn地区哥本哈根的一家小型3D打印办公室酒店。 截至2017年11月，该建筑物正处于应用固定装置和屋顶的最后阶段，而所有3DPrinted部件已全部完工。 该建筑也是第一个3D打印的永久性建筑，所有许可证到位并得到当局的充分批准。
3D打印的桥梁
在西班牙，世界上第一座以3D打印的人行天桥（3DBRIDGE）于2016年12月14日在马德里Alcobendas的卡斯蒂利亚 – 拉曼恰城市公园落成。 使用的3DBUILD技术由ACCIONA开发，ACCIONA负责3D打印元件的结构设计，材料开发和制造。 这座桥的总长度为12米，宽度为1.75米，采用微钢筋混凝土印刷。 建筑设计由加泰罗尼亚高级建筑学院（IAAC）完成。
用于制造行人天桥的3D打印机由D-Shape制造。 3D打印桥反映了自然形态的复杂性，并通过参数化设计和计算设计开发，可以优化材料的分布，并允许最大化结构性能，能够仅在需要的地方处理材料，总计形式自由。 Alcobendas的3D打印行人天桥代表了国际层面建筑行业的里程碑，因为大型3D打印技术首次应用于该项目的公共空间土木工程领域。
外星建构打印
建筑物的印刷被认为是一种特别有用的技术，用于建造地球上的栖息地，例如月球或火星上的栖息地。 截至2013年，欧洲航天局正在与总部位于伦敦的Foster + Partners合作，研究使用常规3D打印技术打印月球基地的潜力。 该建筑公司于2013年1月提出了一种建筑施工3D打印机技术，该技术将使用月球风化原材料生产月球建筑结构，同时使用封闭的可充气栖息地将人类居住者安置在硬壳印刷的月球结构内。 总的来说，这些栖息地只需要10％的结构质量从地球运输，而使用当地的月球材料用于其他90％的结构质量。
圆顶形结构将是一种承重悬链形式，其结构支撑由闭孔结构提供，使人联想到鸟骨。 在这个概念中，“印刷”的月球土壤将为月球居住者提供“辐射和温度绝缘”。 建筑技术将月球材料与氧化镁混合在一起，当施加结合盐“将这种材料转化为石头状固体”时，将“月亮变成可以喷射形成块状的纸浆”。 还设想了一种硫磺混凝土。
使用地面实验室中的大型真空室，已经完成了使用模拟月球材料的建筑结构的3D打印测试。 该技术涉及用3D打印机喷嘴将结合液体注入到风化层的表面下，该喷嘴在测试中通过毛细管力在表面下捕获2毫米（0.079英寸）的液滴。 使用的打印机是D形。
为3D结构印刷设计了各种月球基础设施元素，包括着陆垫，防爆墙，道路，机库和燃料储存。 2014年初，美国宇航局资助了南加州大学的一项小型研究，以进一步发展
Contour Crafting 3D打印技术。 该技术的潜在应用包括构建一种材料的月球结构，该材料可能包含高达90％的月球材料，只有10％的材料需要从地球运输。
美国国家航空航天局还在研究一种不同的技术，即使用低功率（1500瓦）微波能量来烧结月球尘埃。 月球材料将被加热到1,200至1,500°C（2,190至2,730°F），略低于熔点，以便将纳米颗粒粉尘融合成类似陶瓷的固体块，并且不需要根据Foster + Partners，Contour Crafting和D形方法从地球运输粘合剂材料到地外建筑印刷。 使用这种技术建造月球基地的一个具体提议计划将被称为SinterHab，并将利用JPL六足ATHLETE机器人自主或遥控机器人建造月球结构。
施工速度
自2006年以来，Behrokh Khoshnevis就一天内3D打印房屋提出了索赔，并进一步声称在大约20小时的“打印机”时间内完成了建筑。 到2013年1月，3D打印建筑技术的工作版本每小时打印2米（6英尺7英寸）的建筑材料，后续一代打印机建议能够达到每小时3.5米（11英尺），足以在一周内完成一幢建筑物。
中国公司WinSun使用快速干燥水泥和再生原料的混合物，使用大型3D打印机建造了几栋房屋。 温顺称十个示范房屋建于24小时，每个房屋耗资5000美元（结构不包括，基础，服务，门窗和装修）。 然而，建筑3D打印先驱Behrokh Khoshnevis博士声称这是伪造的，WinSun窃取了他的知识产权。
研究和公共知识
有几个涉及3D建筑印刷的研究项目，例如埃因霍温科技大学的3D混凝土印刷（3DCP）项目，或加泰罗尼亚高级建筑研究所（Pylos，Mataerial和Minibuilders）的各种项目。 由于对该领域的兴趣日益增加，在过去几年中，研究项目的名单正在扩大。
最先进的研究
大多数项目都专注于研究技术背后的物理方面，例如印刷技术，材料技术和各种问题
与他们有关。 3DPrinthuset最近通过访问超过35个不同的3D建筑打印相关项目，领导了一项更倾向于探索全球技术现状的研究。 对于每个项目，已经发布了一份研究报告，并且所收集的数据已被用于将所有各种技术统一为共同标准化分类和术语的第一次尝试。 普渡大学的研究人员首次开创了一种3D打印工艺，称为直接墨水写作，用于制造建筑水泥基材料。 他们展示了使用3D打印，水泥基材料的生物启发设计是可行的，并且可以实现新的性能特征，例如耐伤性和顺应性。
第一届3D建筑打印大会
随着研究的进行，3DPrinthuset已经组织了两次关于3D建筑印刷的国际会议（分别于2017年2月和11月），旨在汇集这个新兴行业中最有名的人物，讨论未来的潜力和挑战。 这些会议是第一次这样的会议，汇集了D-Shape，Contour Crafting，Cybe Construction，Eindhoven的3DCP研究，Winsun等名称。 在3D建筑印刷专家的带领下，传统建筑行业的主要参与者也首次出现，包括Sika AG，Vinci，Royal BAM Group，NCC等。 一个普遍的想法是，3D建筑打印领域需要一个更加统一的平台，在这个平台上可以分享和讨论想法，应用，问题和挑战。
媒体兴趣
尽管其近三十年前已经迈出了第一步，但3D建筑印刷多年来一直难以实现。 获得媒体关注的第一批技术是Contour Crafting和D-Shape，2008 – 2012年有一些零星的文章和2012年的电视报道。 D-Shape也出现在一部独立纪录片中，该纪录片专门为其创作者恩里科·迪尼（Enrico Dini）设计，名为“打印房屋的男人”。
使用由Winsun制造的预制3D打印组件宣布第一个3D打印建筑的一个重要突破[何时？]，声称能够通过其技术在一天内打印10个房屋。 虽然这些说法仍有待确认，但这个故事引起了广泛的关注，并且对该领域的兴趣日益增加。 在几个月内，许多新公司开始出现。 这导致了许多新的努力，如2017年，第一个行人3D打印桥和第一个骑自行车的3D打印桥，再加上2016年用3D打印制作的早期结构元素，以及许多其他。
最近，3DPrinthuset凭借其首个永久性3D打印建筑获得了媒体的广泛关注，这是欧洲首个此类建筑。 该项目开创了第一个具有建筑许可和文件的3D打印建筑的重要先例，并得到了市政当局的全面认可，这是建筑领域更广泛接受的重要里程碑。 这个故事在国内和国际媒体上得到广泛报道，出现在丹麦，俄罗斯，波兰，立陶宛和其他许多国家的电视上。