基于TRIZ理论对3D打印技术在建筑抗震模型中的应用进行研究，初步设计建筑抗震模型，利用TRIZ理论中物—场分析法对现有模型进行改进和优化设计。采用3D打印技术制作出不同角度下的抗震模型，将其应用于实际工程中，验证3D打印技术在抗震模型设计中的可行性和优越性。1研究背景1.1TRIZ理论背景TRIZ理论是一种解决问题和创新的方法论，旨在帮助工程设计师发现问题并提供创新的解决方案[1-2]。TRIZ理论的优势在于提供了一种系统性的方法来发现和解决问题，避免了盲目的试错过程。TRIZ理论鼓励创新者从更广阔的视角思考问题，通过已有的知识和经验来推动创新。TRIZ理论通过系统性的问题分析和创新思维寻找创新路径，并提供一个结构化的框架来推动创新[3]。1.23D打印背景FDM 3D打印技术是将数字模型转换技术、计算机辅助设计技术、传统精益制造技术等进行整合运用，孕育出创新型制造技术[4]。2018年，由十二部门联合制订印发了《增材制造产业发展行动计划（2017—2020）》[5]。3D打印技术作为增材产业不可或缺的一部分，应该大力促进其发展。全面贯彻“中国制造2025”方针，向“制造强国”转型升级。2基于TRIZ理论的设计过程2.1目标确定明确抗震模型设计的目标，例如提供抗震原理的直观展示、增强观众参与度或提供个性化的定制选项等。2.2矛盾分析识别与抗震模型设计相关的矛盾，可能涉及信息传递、实践与模拟、效果展示与模型规模等。2.3矛盾解决运用TRIZ创新原理和矛盾矩阵，寻找解决矛盾的方法。通过对矛盾矩阵中的矛盾对进行匹配，选择适用的创新原理，解决模型设计中的矛盾。2.4创新设计应用创新原理和问题解决方法，生成新的设计概念。在设计中考虑模型的结构、材料选择、功能和交互性等方面，以提供更优质的抗震展示效果。2.5评估与改进对设计概念进行评估和测试，验证其抗震性能和实用性。根据评估结果进行必要的改进和优化，以提高模型的效果和性能。2.6制作与展示根据设计概念制作抗震模型，可采用3D打印技术或其他适宜的制作方法，确保模型制作质量和外观效果，并进行适当展示和演示。2.7反馈与改进收集观众和用户的反馈，根据其需求和建议进行进一步改进和优化。持续改进模型设计，以应对不断变化的需求和挑战基于TRIZ理论的抗震模型设计方法，能够系统性地应用创新原理和问题解决方法[6]，提供具有创新性和实用性的抗震科普模型，为观众提供更丰富的学习和理解抗震原理的机会。3矛盾矩阵法分析模型3.1基于矛盾矩阵法分析现有科普模型矛盾矩阵法可以快速精准地分析某物品需要改进之处[7]。矛盾矩阵法技术路径如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.020.F001图1矛盾矩阵法技术路径3.1.1信息传达的矛盾抗震科普模型通常依赖视觉和口头解释来传达抗震原理和概念，然而部分人仅依靠视觉和口头信息可能无法充分理解复杂的抗震概念。因此，模型在信息传达方面可能存在矛盾，需要更有效的方式来解释和展示抗震原理。3.1.2实践与模拟的矛盾当前抗震科普模型通常是静态的，无法真实模拟地震的实际情况。静态模拟无法提供足够的互动性和实践经验，使观众更好地理解地震发生时建筑物情况。因此，模型在实践与模拟方面存在矛盾，需要更实际的模拟方法来增强体验和教育效果。3.1.3模型的可定制性与复杂性的矛盾部分抗震科普模型可能缺乏灵活性，无法适应不同场景和目标受众的需求。由于抗震原理的复杂性，模型可能无法清晰地展示相关概念和原理。因此，模型在可定制性和复杂性之间可能存在矛盾，需要更灵活、简明的设计来满足不同用户的需求。3.1.4效果展示与模型规模的矛盾部分抗震科普模型难以在有限的空间内准确展示抗震效果，大规模模型的制作和展示也会受到成本和物理限制。因此，模型在效果展示与模型规模之间可能存在矛盾，需要寻找合适的方法来平衡展示效果和模型的规模。现有抗震模型如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.020.F002图2现有抗震模型3.2基于矛盾矩阵法分析3D打印抗震模型3.2.1简化与复杂性3D打印技术能够以复杂的几何形态制造模型，准确展示抗震原理和概念。与传统模型制作方法相比，3D打印技术更容易实现复杂结构的制造[8]，简化了模型的设计和制作过程。3.2.2可定制性与灵活性3D打印技术具有高度的可定制性，可以根据不同的需求和场景制造个性化的抗震模型。通过调整参数和设计，根据具体要求进行模型的定制，满足不同受众的需求。3.2.3实践与模拟3D打印抗震科普模型可以更好地模拟地震时建筑物的行为。通过使用可弯曲或可振动的材料，模拟地震时结构的变形和振动，帮助观众更好地理解抗震原理。3.2.4效果展示与模型规模3D打印技术可以根据需要制造不同规模的抗震模型，包括用于教育和展示的小型模型以及用于研究和演示的大型模型，可以满足展示效果和模型规模的需求。4设计步骤确定模型尺寸和比例：根据模型的用途和展示环境确定模型尺寸和比例。确保模型足够大，观察者能够清楚地看到模型的细节。采用与现有模型等比例取构造柱，本文构造柱宽2.5 cm，高21.6 cm。使用3D建模软件设计模型：利用Revit族命令进行模型设计并保存，导出为“.dwg”文件，将导出的dwg文件导入3DSmax软件，输出为“.stl”格式。确定打印材料和打印参数：将保存好的“.stl”文件导入切片文件Creality Slicer并选择适合的3D打印材料，如PLA、ABS等。根据材料的特性和需求来确定打印参数，包括温度、层厚、填充密度等。打印参数如图3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.020.F003图3打印参数进行3D打印：将设计好的模型导入3D打印机中，根据打印参数开始打印。需要保证打印机正常运行及监控材料正常送入，以确保模型质量。后处理：完成打印后，进行必要的后处理，包括去除支撑结构、修整表面、涂漆或上色等，使模型更真实和吸引人。展示和解释：将打印好的抗震科普模型展示给观众并提供详细的解释和演示，解释模型中各个部分的功能以及如何提高建筑物的抗震性能。改良后3D打印抗震模型如图4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.020.F004图4改良后3D打印抗震模型53D打印抗震模型的优势和不足5.13D打印抗震模型的优势精确性和复杂性：3D打印技术可以实现高度精确的建筑模型制造，确保模型的几何形状和尺寸精度，提高建筑模型的抗震性能[9]。快速原型制作：3D打印技术能够快速制作建筑模型的原型。传统模型的制作可能需要花费较长时间和人力成本，3D打印可以通过自动化和快速堆积材料的方式，缩短制作时间，提高工作效率。材料多样性：3D打印技术可以利用多种材料制造抗震模型，如高强度塑料、金属等。不同的材料可以根据具体需求和地震环境进行选择，提供更好的抗震性能和结构强度，增加建筑的安全性。可持续性：在建筑模型制造过程中，3D打印技术只需要使用所需的材料量打印模型，避免了传统模型制造中的切割和废料产生，有助于减少资源消耗和降低环境负担，符合可持续发展的原则。创新设计：3D打印技术的灵活性和自由度使建筑师和设计师能够探索更多创新设计理念和形式[10]，提供更好的建筑解决方案。5.23D打印抗震模型的不足成本：与传统模型相比，3D打印模型的制造成本较高，材料、设备价格及打印时间等均会增加成本，限制了其在实际建筑中的应用范围。尺寸限制：当前的3D打印设备和打印空间尺寸限制了能够打印的建筑模型大小。对于大型建筑结构，目前的3D打印技术可能无法满足制造要求，需要寻找其他解决方案。标准和认可：基于3D打印技术的创新性和相对较新的应用领域，相关标准和规范尚未完善，可能会导致建筑行业对于使用3D打印抗震模型的接受度和认可度不足。6结语综上所述，3D打印抗震模型的创新之处在于定制化设计、复杂结构制造和材料创新，使建筑结构适应地震环境，提高抗震能力，在减少地震灾害对建筑物造成的损失方面发挥重要作用。