3D打印的房子何時能住上？技術仍處早期階段

在以運河聞名的荷蘭，橋梁很常見。但有四座橋尤為奇特：每座長26英尺，且都是由一臺大型3D打印機用混凝土制成的。這樣建成的橋梁屬世界首次，其在2017年10月17日在荷蘭南部小鎮海默特橫空出世。

從桌面到建筑工地，3D打印作為技術革命的一部分，實現了將塑料和其他材料擠出并制成實心物體的目標。自2017年以來，美國、歐洲和亞洲的幾家公司已經“打印”了公交車站候車亭和會議廳隔斷，甚至是整個住宅。

而在未來，3D打印應用不僅限于建筑界，在教育、救災、醫療等領域，技術造福人類的理念在3D打印上將被體現得淋漓盡致。

3D打印，建筑業的“多面手”

3D建筑打印機的工作原理很像家庭辦公室的噴墨打印機，只不過它們吐出的不是墨水，而是混凝土。

噴嘴在軌道上來回運行，由計算機控制擠壓模式，這樣就可以在需要的地方精確地鋪設一層一英寸厚的混凝土(或鋼鐵、或其他材料)。當緩慢移動的噴嘴到達其路徑(最長可達100英尺)的末端時，這一層通常已經硬化，剛好可以在第一層的頂部再鋪上一層。一層又一層，一面家庭所需的墻就被建造起來了。通過精確的沉積圖案，噴嘴還可以為窗戶、門、公用設施管道和其他設計及結構留出空間。

《科學美國人》報道稱，3D打印建筑最明顯的優點之一是速度快。建造一座500平方英尺(約46.45平方米)的單層住宅大約需要24小時的打印時間。

ICON公司是美國得克薩斯州一家專注于3D打印建筑的公司，其聯合創始人兼首席執行官杰森·巴拉德表示：“3D打印機在建筑房子的同時，會考慮到其結構、隔熱層、墻板、內外表面處理以及管道系統。”而在一般情況下，“這通常需要代表5、6個不同行業的20個人工作好幾天的時間”。

此外，3D打印建筑也減少了浪費。

據報道，一個典型的住宅建筑工地會產生4噸左右的垃圾。由于常規樓板施工中使用的混凝土是均勻應用的，無論是否需要在特定區域進行結構支撐，它都會被浪費大約一半的量。這對環境的破壞尤為嚴重，因為水泥作為混凝土的主要成分，約占我們二氧化碳排放量的7%。相比之下，3D打印機可以非常精確地改變結構的厚度，只在真正需要的地方使用混凝土，這一過程被稱為拓撲優化。

打印出來的結構具有數字化是3D打印的另一個優點。這意味著在電腦上呈現的設計可以直接轉換成打印機的指令。這就省去了將設計轉換成圖紙的需要，進而減少不必要的錯誤和麻煩，從而節約成本、減少延誤。

數字化還有一個額外的好處，那就是消除了設計創意的障礙。建筑師可以更低的成本提供訂制或半訂制設計，而無須費心培訓他人來執行計劃。

“打印機不在乎你想出了什么設計。”荷蘭埃因霍溫理工大學的結構工程師西奧·薩萊特說，他是印刷建筑的先驅，建造了荷蘭的阿姆斯特丹大橋，“它不會因為你的原創而多收你的錢”。

技術仍處早期階段

當然，《科學美國人》報道稱，3D打印建筑的技術仍處于早期階段，要擴大3D打印建筑的規模，需要在技術和監管方面做更多的工作。對于前者，從業者還沒有找到一種從印刷機上加固混凝土的有效方法。在傳統建筑中，這是通過鋪設鋼筋來完成的。

薩萊特認為，對于3D打印建筑最大的愿景是在將來有新的混凝土配方，或是新的可擠壓材料，無須鋼筋就足夠堅固。例如，環氧樹脂就是一個潛在的候選者，它是一種聚合物，目前用于制造建筑中的黏合劑和涂料。

制訂3D打印房屋質量檢查的指導方針和施工程序規則也需要敲定，薩萊特警告說，如果沒有經驗、粗心大意的建筑商接觸到打印機，他們的建筑可能會有倒塌的危險。

如今，3D打印建筑是一件“不起眼的大事”，低調且低成本。

例如，ICON打印了一套位于美國得克薩斯州奧斯汀市的住宅，為家庭設計，成本為1萬美元。然后，該公司還計劃將一臺打印機帶到拉丁美洲，在那里建造50座低成本住宅。

與此同時，薩萊特即將開始在阿姆斯特丹建造一座90英尺(約合15米)高的橋，同時還將與人合作，在荷蘭建造數座住宅。

《科學美國人》報道稱，雖然這項技術仍處于早期階段，但商業級3D打印建筑機可能會在未來十年從根本上改變建筑業。專家認為，它們可以將施工時間縮短一半，降低多達三分之一的成本，并提供更環保、更堅固的設計，還有更大的訂制空間。

根據美國北極星市場研究公司的數據，隨著這項技術的發展，預計到2026年，全球3D打印建筑市場將從2019年的460萬美元擴大到149億美元。

教育、救災、醫療……3D打印未來可期

世界經濟論壇官網2月19日報道稱，非營利組織Think Huts與建筑設計公司Studio Mortazavi合作，在馬達加斯加菲亞納蘭楚阿大學校園內創建了世界上第一所3D打印學校。

通過3D打印學校的解決方案為更多的孩子提供了受教育的機會，解決了對物理基礎設施缺乏足夠投資的問題。

科技造福人類在3D打印技術上得以體現。除了建筑業，報道稱，3D打印機將越來越多地被應用于各行各業，從生產太陽鏡等消費品到汽車零部件等工業產品。而在教育行業中，3D建模可以用來將教育理念帶入生活，并幫助孩子們培養實用技能，如編程。

在墨西哥，3D打印已經在塔巴斯科州建造了一座46平方米的房子，包括廚房、起居室、浴室和兩間臥室，將向該州一些最貧窮的家庭開放。

這項技術在救災中也被證明是至關重要的。據英國《衛報》報道，2015年尼泊爾發生地震時，作為救援工作的一部分，一臺安裝在路虎上的3D打印機被用來幫助修復尼泊爾的水管。

此外，3D打印也成功地應用于醫學領域。在意大利，當新冠疫情重災區倫巴第的一家醫院供應不足時，初創企業Issinova為新冠患者打印了3D呼吸機瓣膜。

(實習記者 張佳欣)

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