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：
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加快建筑模型制作流程。
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将 CAD 图纸直接准换为高精度的 3D 实体模型。
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开发难以或无法手工制作的复杂设计部件。
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简化沟通并展示传统 2D 图纸难以表达的特定区域。
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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 | ★★★★★ | ★★☆☆☆ | ★★★★☆ | ★★★☆☆ |
| 精确度 | ★★★★★ | ★★★★☆ | ★★★★★ | ★★★☆☆ |
| 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（桌面级和台式 3D 打印机） | 最高 165 × 165 × 300mm（台式工业 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。 |
如何选择 3D 打印制造建筑模型
美因茨应用科学大学建筑学院的一个团队利用大型 3D 打印模型重建了德国中世纪城市沃尔姆斯、斯派尔和美因茨。
如今，大多数建筑师已经在数字空间中工作，并开始使用 BIM（Revit 和 ArchiCAD）、Rhino 3D 或 SketchUp 等建筑 CAD 软件来创建数字 CAD 设计。然而，这些数字文件并不总能直接用于 3D 打印创建实物比例模型。
能否将 CAD 模型成功转换为 3D 打印文件取决于用户是否基本了解 3D 打印设计、常规模型制作限制与准备 3D 打印文件之间的关系，以及如何处理和做出明智的建模决策，包括选择合适的装配设计比例以及进行后处理。
1. 建模策略
建筑模型通常由各种材料和部件组装而成。3D 打印机有助于将这些组件融合成数量尽可能少的单个部件，但出于以下两个原因，仍需要进行一定程度的组装：
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成型体积的限制：除非使用大幅面 3D 打印机（如 Form 3L），否则可能需要将模型分成多个部分，以便将其放入 3D 打印机的成型体积内。
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需要展示内部细节或材质：某些模型需要拆分部件来显示有关设计的更多信息。
在准备用于 3D 打印的建筑模型时，建筑模型中不同组件的尺寸和几何形状是关键考虑因素。一般来说，大型模型、具有多个组件的模型以及具有复杂特征的模型都需要拆分成可 3D 打印的组件进行组装。然后，需要通过化学粘合或机械装配将部件轻松拼合在一起；而采用 SLA 和 SLS 等技术打印的部件具有较高的精度，可确保实现无缝连接。
如需获得最佳效果，则需要采用建模策略进行组装，包括：
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按接缝拆分模型：按接缝拆分模型或部件可以创建更易于管理的组件，并可在打印后轻松组装。拆分模型最简单的方法是直接切割。另一种方法是在设计中添加一些特征，使打印件能够自行对齐。
- 按组件拆分模型：有些模型可以按其结构组件进行拆分，或由程序拆分成一组部件。将这些部件分别打印出来，然后通过匹配特征进行组装，或者仅将整个建筑的一个组件与其他组件分开打印。
由于每个住宅单元都采用相同的设计，因此只需打印一个可拆卸的单元，就能让客户了解通用单元类型。由 Stanley Saitowitz | Natoma Architects Inc. 打印的模型
2. 软件工作流程
CAD 技术的进步大大简化了 3D 打印文件的开发过程。现代 CAD 平台可提供专门的 3D 打印模块，以帮助建筑师将 CAD 设计转换为可打印模型。但是，请记住，您仍然是以 1:1 的比例进行设计，因此需要进行一些快速转换，以便在打印比例下获得正确尺寸。
开发建筑模型需要考虑一些重要因素，具体取决于所用的 CAD 平台。这些针对 CAD 的考虑因素包括：
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BIM 工作流程：使用 Autodesk Revit 或 Graphisoft ArchiCAD 等利用参数化建模的 BIM 软件开发 3D 打印模型需要一些组件管理。管道系统、双层玻璃窗和 HVAC 系统等组件无法转换为 3D 打印文件，因此必须将其移除，而门、窗、墙壁、楼板等其他部件则需要加厚处理。
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曲面建模工作流程：这种工作流程通常比较简单，以 2D 图纸为基础，且仅用于 3D 打印。此流程包括导出简化图纸、缩小比例、挤出和修剪，直至获得外部壳体。
下载我们的白皮书，了解常用建筑 CAD 软件生态圈中的分步工作流程。
3. 打印建筑模型并进行后处理
3D 打印建筑模型的下一步是将数字 3D 模型转换成 3D 打印机能够理解的语言。为此，需要使用切片或打印准备软件，如 PreForm。无论您是新手还是经验丰富的用户，通常都可以简单、直观地使用切片软件。该软件可以突出显示一些细节，如可能需要加固的墙壁、无支撑区域以及影响 3D 打印结构的封闭体积，这些都可以在打印前解决。您还可以使用该软件来优化分辨率、构建平台位置和支撑结构等设置。
材料可在传达设计的基本概念方面发挥重要作用。尽管并非必须模拟材料的确切颜色和质地，但这将有助于我们区分不同的材料。按组件拆分模型有助于展示材料的特性，因为我们可以用不同的 3D 打印材料制作部件，也可以分别为其涂上不同的颜色。
后处理因具体的 3D 打印技术而异，但一般包括模型打磨、粘合和上漆。
以下是 3D 打印工艺的概述：
| 后处理技术 | 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 |
|---|---|---|---|---|
| 打磨 | 建议使用轻微打磨去除支撑痕迹。 | FDM 打印的质量较低，这意味着我们需要通过打磨来获得光滑的表面。 | 由于成品质量良好，无需进行打磨。 | 不需要进行打磨。 |
| 粘合 | 使用强力胶或液态树脂来粘合 SLA 组件。 | 使用强力胶等粘合剂组装 FDM 组件。 | 使用强力胶等粘合剂组装 SLA 组件。 | 使用强力胶来粘合粘合剂喷射成型打印机的打印部件。 |
| 上底漆和涂装 | SLA 组件可通过涂装来达到所需的光洁度。 | FDM 组件可通过涂装来达到所需的光洁度。 | SLS 组件可通过涂装来达到所需的光洁度。 | 全彩部件不需要涂装。 |
3D 打印建筑模型入门
专业级 SLA 和 SLS 3D 打印机为建筑师提供了创建精确、美观的 3D 建筑模型的工具。您可以选择桌面级紧凑型解决方案 Form 3；也可以选择 Form 3L 制作高分辨率的大幅面模型；还可以选择 Fuse 1 制作结构部件和最复杂的形状。
下载我们的白皮书，深入了解建模策略、通用建筑 CAD 软件生态圈中的分步工作流程，以及打印和后处理建议。