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技术尚处早期 3D打印的房子何时能住上

 

发布日期:2021-04-21 15:57

  在以运河闻名的荷兰,桥梁很常见。但有四座桥尤为奇特:每座长26英尺,且都是由一台大型3D打印机用混凝土制成的。这样建成的桥梁属世界首次,其在2017年10月17日在荷兰南部小镇海默特横空出世。

  从桌面到建筑工地,3D打印作为技术革命的一部分,实现了将塑料和其他材料挤出并制成实心物体的目标。自2017年以来,美国、欧洲和亚洲的几家公司已经“打印”了公交车站候车亭和会议厅隔断,甚至是整个住宅。

  而在未来,3D打印应用不仅限于建筑界,在教育、救灾、医疗等领域,技术造福人类的理念在3D打印上将被体现得淋漓尽致。

  3D建筑打印机的工作原理很像家庭办公室的喷墨打印机,只不过它们吐出的不是墨水,而是混凝土。

  喷嘴在轨道上来回运行,由计算机控制挤压模式,这样就可以在需要的地方精确地铺设一层一英寸厚的混凝土(或钢铁、或其他材料)。当缓慢移动的喷嘴到达其路径(最长可达100英尺)的末端时,这一层通常已经硬化,刚好可以在第一层的顶部再铺上一层。一层又一层,一面家庭所需的墙就被建造起来了。通过精确的沉积图案,喷嘴还可以为窗户、门、公用设施管道和其他设计及结构留出空间。

  《科学美国人》报道称,3D打印建筑最明显的优点之一是速度快。建造一座500平方英尺(约46.45平方米)的单层住宅大约需要24小时的打印时间。

  ICON公司是美国得克萨斯州一家专注于3D打印建筑的公司,其联合创始人兼首席执行官杰森·巴拉德表示:“3D打印机在建筑房子的同时,会考虑到其结构、隔热层、墙板、内外表面处理以及管道系统。”而在一般情况下,“这通常需要代表5、6个不同行业的20个人工作好几天的时间”。

  据报道,一个典型的住宅建筑工地会产生4吨左右的垃圾。由于常规楼板施工中使用的混凝土是均匀应用的,无论是否需要在特定区域进行结构支撑,它都会被浪费大约一半的量。这对环境的破坏尤为严重,因为水泥作为混凝土的主要成分,约占我们二氧化碳排放量的7%。相比之下,3D打印机可以非常精确地改变结构的厚度,只在真正需要的地方使用混凝土,这一过程被称为拓扑优化。

  打印出来的结构具有数字化是3D打印的另一个优点。这意味着在电脑上呈现的设计可以直接转换成打印机的指令。这就省去了将设计转换成图纸的需要,进而减少不必要的错误和麻烦,从而节约成本、减少延误。

  数字化还有一个额外的好处,那就是消除了设计创意的障碍。建筑师可以更低的成本提供订制或半订制设计,而无须费心培训他人来执行计划。

  “打印机不在乎你想出了什么设计。”荷兰埃因霍温理工大学的结构工程师西奥·萨莱特说,他是印刷建筑的先驱,建造了荷兰的阿姆斯特丹大桥,“它不会因为你的原创而多收你的钱”。

  当然,《科学美国人》报道称,3D打印建筑的技术仍处于早期阶段,要扩大3D打印建筑的规模,需要在技术和监管方面做更多的工作。对于前者,从业者还没有找到一种从印刷机上加固混凝土的有效方法。在传统建筑中,这是通过铺设钢筋来完成的。

  萨莱特认为,对于3D打印建筑最大的愿景是在将来有新的混凝土配方,或是新的可挤压材料,无须钢筋就足够坚固。例如,环氧树脂就是一个潜在的候选者,它是一种聚合物,目前用于制造建筑中的黏合剂和涂料。

  制订3D打印房屋质量检查的指导方针和施工程序规则也需要敲定,萨莱特警告说,如果没有经验、粗心大意的建筑商接触到打印机,他们的建筑可能会有倒塌的危险。

  例如,ICON打印了一套位于美国得克萨斯州奥斯汀市的住宅,为家庭设计,成本为1万美元。然后,该公司还计划将一台打印机带到拉丁美洲,在那里建造50座低成本住宅。

  与此同时,萨莱特即将开始在阿姆斯特丹建造一座90英尺(约合15米)高的桥,同时还将与人合作,在荷兰建造数座住宅。

  《科学美国人》报道称,虽然这项技术仍处于早期阶段,但商业级3D打印建筑机可能会在未来十年从根本上改变建筑业。专家认为,它们可以将施工时间缩短一半,降低多达三分之一的成本,并提供更环保、更坚固的设计,还有更大的订制空间。

  根据美国北极星市场研究公司的数据,随着这项技术的发展,预计到2026年,全球3D打印建筑市场将从2019年的460万美元扩大到149亿美元。

  世界经济论坛官网2月19日报道称,非营利组织ThinkHuts与建筑设计公司StudioMortazavi合作,在马达加斯加菲亚纳兰楚阿大学校园内创建了世界上第一所3D打印学校。

  通过3D打印学校的解决方案为更多的孩子提供了受教育的机会,解决了对物理基础设施缺乏足够投资的问题。

  科技造福人类在3D打印技术上得以体现。除了建筑业,报道称,3D打印机将越来越多地被应用于各行各业,从生产太阳镜等消费品到汽车零部件等工业产品。而在教育行业中,3D建模可以用来将教育理念带入生活,并帮助孩子们培养实用技能,如编程。

  在墨西哥,3D打印已经在塔巴斯科州建造了一座46平方米的房子,包括厨房、起居室、浴室和两间卧室,将向该州一些最贫穷的家庭开放。

  这项技术在救灾中也被证明是至关重要的。据英国《卫报》报道,2015年尼泊尔发生地震时,作为救援工作的一部分,一台安装在路虎上的3D打印机被用来帮助修复尼泊尔的水管。

  此外,3D打印也成功地应用于医学领域。在意大利,当新冠疫情重灾区伦巴第的一家医院供应不足时,初创企业Issinova为新冠患者打印了3D呼吸机瓣膜。

  第四届2020中国(西安)国际3D打印博览会暨高端论坛9月23日在陕西西安开幕。

  新冠肺炎疫情期间,上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科郝永强教授团队克服疫情带来的重重困难,为一名来自天山脚下的新疆哈萨克族骨盆巨大肿瘤患者,应用重建的基于3D打印“三位一体”个性化医疗模式,成功精准切除右侧半骨盆肿瘤+精准安装3D打印定制型半骨盆假体。

  兰州高新区创新工场展厅里,陈列着多种类的工业模具、文创产品,与常规展品不同的是,其原材料是沙子,通过3D技术打印完成。

  萨莱特认为,对于3D打印建筑最大的愿景是在将来有新的混凝土配方,或是新的可挤压材料,无须钢筋就足够坚固。

 

 

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