技術尚處早期多方應用可期 3D打印的房子何時能住上?
2021年03月01日07:42
圖為 位於荷蘭的世界上第一座3D打印混凝土橋樑。   圖片來源:《科學美國人》月刊官網
圖為 位於荷蘭的世界上第一座3D打印混凝土橋樑。   圖片來源:《科學美國人》月刊官網

  來源:科技日報

  技術尚處早期 多方應用未來可期

  3D打印的房子何時能住上

  實習記者 張佳欣

  在以運河聞名的荷蘭,橋樑很常見。但有四座橋尤為奇特:每座長26英呎,且都是由一台大型3D打印機用混凝土製成的。這樣建成的橋樑屬世界首次,其在2017年10月17日在荷蘭南部小鎮海默特橫空出世。

  從桌面到建築工地,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並製成實心物體的目標。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打印應用不僅限於建築界,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,建築業的“多面手”

  3D建築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吋厚的混凝土(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英呎)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,一面家庭所需的牆就被建造起來了。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》報導稱,3D打印建築最明顯的優點之一是速度快。建造一座500平方英呎(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於3D打印建築的公司,其聯合創始人兼首席執行官傑森·巴拉德表示:“3D打印機在建築房子的同時,會考慮到其結構、隔熱層、牆板、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打印建築也減少了浪費。

  據報導,一個典型的住宅建築工地會產生4噸左右的垃圾。由於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。建築師可以更低的成本提供訂製或半訂製設計,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麼設計。”荷蘭埃因霍溫理工大學的結構工程師西奧·薩萊特說,他是印刷建築的先驅,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》報導稱,3D打印建築的技術仍處於早期階段,要擴大3D打印建築的規模,需要在技術和監管方面做更多的工作。對於前者,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。在傳統建築中,這是通過鋪設鋼筋來完成的。

  薩萊特認為,對於3D打印建築最大的願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,目前用於製造建築中的黏合劑和塗料。

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

  如今,3D打印建築是一件“不起眼的大事”,低調且低成本。

  例如,ICON打印了一套位於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。然後,該公司還計劃將一台打印機帶到拉丁美洲,在那裡建造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英呎(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》報導稱,雖然這項技術仍處於早期階段,但商業級3D打印建築機可能會在未來十年從根本上改變建築業。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,並提供更環保、更堅固的設計,還有更大的訂製空間。

  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打印建築市場將從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日報導稱,非營利組織Think Huts與建築設計公司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。除了建築業,報導稱,3D打印機將越來越多地被應用於各行各業,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,並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》報導,2015年尼泊爾發生地震時,作為救援工作的一部分,一台安裝在路虎上的3D打印機被用來幫助修復尼泊爾的水管。

  此外,3D打印也成功地應用於醫學領域。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。

關注我們Facebook專頁
    相關新聞
      更多瀏覽