在以運(yùn)河聞名的荷蘭，橋梁很常見(jiàn)。但有四座橋尤為奇特：每座長(zhǎng)26英尺，且都是由一臺(tái)大型3D打印機(jī)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(zhèn)海默特橫空出世。
從桌面到建筑工地，3D打印作為技術(shù)革命的一部分，實(shí)現(xiàn)了將塑料和其他材料擠出并制成實(shí)心物體的目標(biāo)。自2017年以來(lái)，美國(guó)、歐洲和亞洲的幾家公司已經(jīng)“打印”了公交車站候車亭和會(huì)議廳隔斷，甚至是整個(gè)住宅。
而在未來(lái)，3D打印應(yīng)用不僅限于建筑界，在教育、救災(zāi)、醫(yī)療等領(lǐng)域，技術(shù)造福人類的理念在3D打印上將被體現(xiàn)得淋漓盡致。
3D打印，建筑業(yè)的“多面手”
3D建筑打印機(jī)的工作原理很像家庭辦公室的噴墨打印機(jī)，只不過(guò)它們吐出的不是墨水，而是混凝土。
噴嘴在軌道上來(lái)回運(yùn)行，由計(jì)算機(jī)控制擠壓模式，這樣就可以在需要的地方精確地鋪設(shè)一層一英寸厚的混凝土(或鋼鐵、或其他材料)。當(dāng)緩慢移動(dòng)的噴嘴到達(dá)其路徑(最長(zhǎng)可達(dá)100英尺)的末端時(shí)，這一層通常已經(jīng)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(lái)了。通過(guò)精確的沉積圖案，噴嘴還可以為窗戶、門、公用設(shè)施管道和其他設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)留出空間。
《科學(xué)美國(guó)人》報(bào)道稱，3D打印建筑最明顯的優(yōu)點(diǎn)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(shí)的打印時(shí)間。
ICON公司是美國(guó)得克薩斯州一家專注于3D打印建筑的公司，其聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官杰森·巴拉德表示：“3D打印機(jī)在建筑房子的同時(shí)，會(huì)考慮到其結(jié)構(gòu)、隔熱層、墻板、內(nèi)外表面處理以及管道系統(tǒng)。”而在一般情況下，“這通常需要代表5、6個(gè)不同行業(yè)的20個(gè)人工作好幾天的時(shí)間”。
此外，3D打印建筑也減少了浪費(fèi)。
據(jù)報(bào)道，一個(gè)典型的住宅建筑工地會(huì)產(chǎn)生4噸左右的垃圾。由于常規(guī)樓板施工中使用的混凝土是均勻應(yīng)用的，無(wú)論是否需要在特定區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)支撐，它都會(huì)被浪費(fèi)大約一半的量。這對(duì)環(huán)境的破壞尤為嚴(yán)重，因?yàn)樗嘧鳛榛炷恋闹饕煞?，約占我們二氧化碳排放量的7%。相比之下，3D打印機(jī)可以非常精確地改變結(jié)構(gòu)的厚度，只在真正需要的地方使用混凝土，這一過(guò)程被稱為拓?fù)鋬?yōu)化。
打印出來(lái)的結(jié)構(gòu)具有數(shù)字化是3D打印的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。這意味著在電腦上呈現(xiàn)的設(shè)計(jì)可以直接轉(zhuǎn)換成打印機(jī)的指令。這就省去了將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成圖紙的需要，進(jìn)而減少不必要的錯(cuò)誤和麻煩，從而節(jié)約成本、減少延誤。
數(shù)字化還有一個(gè)額外的好處，那就是消除了設(shè)計(jì)創(chuàng)意的障礙。建筑師可以更低的成本提供訂制或半訂制設(shè)計(jì)，而無(wú)須費(fèi)心培訓(xùn)他人來(lái)執(zhí)行計(jì)劃。
“打印機(jī)不在乎你想出了什么設(shè)計(jì)?！焙商m埃因霍溫理工大學(xué)的結(jié)構(gòu)工程師西奧·薩萊特說(shuō)，他是印刷建筑的先驅(qū)，建造了荷蘭的阿姆斯特丹大橋，“它不會(huì)因?yàn)槟愕脑瓌?chuàng)而多收你的錢”。
技術(shù)仍處早期階段
當(dāng)然，《科學(xué)美國(guó)人》報(bào)道稱，3D打印建筑的技術(shù)仍處于早期階段，要擴(kuò)大3D打印建筑的規(guī)模，需要在技術(shù)和監(jiān)管方面做更多的工作。對(duì)于前者，從業(yè)者還沒(méi)有找到一種從印刷機(jī)上加固混凝土的有效方法。在傳統(tǒng)建筑中，這是通過(guò)鋪設(shè)鋼筋來(lái)完成的。
薩萊特認(rèn)為，對(duì)于3D打印建筑最大的愿景是在將來(lái)有新的混凝土配方，或是新的可擠壓材料，無(wú)須鋼筋就足夠堅(jiān)固。例如，環(huán)氧樹(shù)脂就是一個(gè)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(zhì)量檢查的指導(dǎo)方針和施工程序規(guī)則也需要敲定，薩萊特警告說(shuō)，如果沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)、粗心大意的建筑商接觸到打印機(jī)，他們的建筑可能會(huì)有倒塌的危險(xiǎn)。
如今，3D打印建筑是一件“不起眼的大事”，低調(diào)且低成本。
例如，ICON打印了一套位于美國(guó)得克薩斯州奧斯汀市的住宅，為家庭設(shè)計(jì)，成本為1萬(wàn)美元。然后，該公司還計(jì)劃將一臺(tái)打印機(jī)帶到拉丁美洲，在那里建造50座低成本住宅。
與此同時(shí)，薩萊特即將開(kāi)始在阿姆斯特丹建造一座90英尺(約合15米)高的橋，同時(shí)還將與人合作，在荷蘭建造數(shù)座住宅。
《科學(xué)美國(guó)人》報(bào)道稱，雖然這項(xiàng)技術(shù)仍處于早期階段，但商業(yè)級(jí)3D打印建筑機(jī)可能會(huì)在未來(lái)十年從根本上改變建筑業(yè)。專家認(rèn)為，它們可以將施工時(shí)間縮短一半，降低多達(dá)三分之一的成本，并提供更環(huán)保、更堅(jiān)固的設(shè)計(jì)，還有更大的訂制空間。
根據(jù)美國(guó)北極星市場(chǎng)研究公司的數(shù)據(jù)，隨著這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，預(yù)計(jì)到2026年，全球3D打印建筑市場(chǎng)將從2019年的460萬(wàn)美元擴(kuò)大到149億美元。
教育、救災(zāi)、醫(yī)療……3D打印未來(lái)可期
世界經(jīng)濟(jì)論壇官網(wǎng)2月19日?qǐng)?bào)道稱，非營(yíng)利組織Think Huts與建筑設(shè)計(jì)公司Studio Mortazavi合作，在馬達(dá)加斯加菲亞納蘭楚阿大學(xué)校園內(nèi)創(chuàng)建了世界上第一所3D打印學(xué)校。
通過(guò)3D打印學(xué)校的解決方案為更多的孩子提供了受教育的機(jī)會(huì)，解決了對(duì)物理基礎(chǔ)設(shè)施缺乏足夠投資的問(wèn)題。
科技造福人類在3D打印技術(shù)上得以體現(xiàn)。除了建筑業(yè)，報(bào)道稱，3D打印機(jī)將越來(lái)越多地被應(yīng)用于各行各業(yè)，從生產(chǎn)太陽(yáng)鏡等消費(fèi)品到汽車零部件等工業(yè)產(chǎn)品。而在教育行業(yè)中，3D建模可以用來(lái)將教育理念帶入生活，并幫助孩子們培養(yǎng)實(shí)用技能，如編程。
在墨西哥，3D打印已經(jīng)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(kāi)放。
這項(xiàng)技術(shù)在救災(zāi)中也被證明是至關(guān)重要的。據(jù)英國(guó)《衛(wèi)報(bào)》報(bào)道，2015年尼泊爾發(fā)生地震時(shí)，作為救援工作的一部分，一臺(tái)安裝在路虎上的3D打印機(jī)被用來(lái)幫助修復(fù)尼泊爾的水管。
此外，3D打印也成功地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。在意大利，當(dāng)新冠疫情重災(zāi)區(qū)倫巴第的一家醫(yī)院供應(yīng)不足時(shí)，初創(chuàng)企業(yè)Issinova為新冠患者打印了3D呼吸機(jī)瓣膜。
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