用打印機(jī)來(lái)蓋房？不要一磚一瓦，只要一臺(tái)3D打印機(jī)，就能在24小時(shí)內(nèi)“興建”10間房？
號(hào)稱“全球首批3D打印實(shí)用建筑”的房屋近日亮相上海青浦。“將建筑垃圾變廢為寶，讓建筑工人做更體面的工作，讓建筑成本降低50%，讓更多人住得起房子，房型家具私人定制，讓水更清天更藍(lán)……”其研發(fā)者馬義和近日也被冠上“全國(guó)3D打印第一人”的名號(hào)。
3D打印建筑究竟會(huì)帶來(lái)怎樣的革命？建筑學(xué)專家認(rèn)為，作為全球建筑革命的熱點(diǎn)，3D打印改變了傳統(tǒng)的建筑施工工藝，從環(huán)保節(jié)能省時(shí)省力角度看，有其創(chuàng)新意義。不過新型“油墨”打印的建筑，其剛度、強(qiáng)度和耐久性等綜合性能還待進(jìn)一步驗(yàn)證。
“24小時(shí)能打印10間房”
近日，張江高新青浦園區(qū)內(nèi)的3D打印建筑正式揭開神秘面紗。在園區(qū)內(nèi)的一片空地上，10幢一至兩層的毛坯新房錯(cuò)落安置。據(jù)悉，這10幢有著方便面式外表紋理的房子，并非由工人一磚一瓦砌出來(lái)，而是由一臺(tái)3D打印機(jī)，在24小時(shí)內(nèi)打印出來(lái)的。
走進(jìn)一個(gè)3D打印的房間：設(shè)計(jì)的多樣性可以讓門窗等位置在“打印”過程中就預(yù)留出來(lái)，并且根據(jù)需要安裝預(yù)埋件。與眾不同的墻體，也并非鋼筋水泥澆筑，而是用一種特殊的“油墨”，根據(jù)電腦設(shè)計(jì)圖紙和方案，在現(xiàn)場(chǎng)層層疊加“噴繪”而成。
這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)明者，上海盈創(chuàng)裝飾集團(tuán)有限公司董事長(zhǎng)馬義和給記者展示了現(xiàn)場(chǎng)打印時(shí)拍攝的視頻片段，只見一只巨大的噴頭，像奶油裱花一樣源源不斷噴出灰色的油墨，油墨呈“Z”字形排列，層層疊加，很快便砌起了一面高墻。之后，墻與墻之間還可像搭積木一樣壘起來(lái)，再用鋼筋水泥進(jìn)行二次“打印”灌注，連成一體。馬義和告訴記者，整個(gè)打印過程，只需要一張圖紙、一臺(tái)電腦、就地取材制造的足夠“油墨”，就可以在24小時(shí)內(nèi)打印出10幢200平方米建筑。
打印機(jī)長(zhǎng)啥樣不讓看
能打印房子，該要一臺(tái)多大的3D打印機(jī)？技術(shù)方稱，這臺(tái)超級(jí)打印機(jī)是企業(yè)的最高商業(yè)機(jī)密，外人都無(wú)緣一見。記者有幸見到了這臺(tái)巨型打印機(jī)的視頻，機(jī)器呈長(zhǎng)方體，廠方介紹的高6.6米、寬10米、長(zhǎng)32米的打印機(jī)，底面占地面積足有一個(gè)籃球場(chǎng)那么大，高度足有三層樓高。且打印機(jī)的長(zhǎng)度還可以延伸，完全拉開足有150米長(zhǎng)。馬義和前幾年對(duì)它完成了設(shè)計(jì)研發(fā)，然后全球定制零部件，最終在蘇州工廠組裝而成。這次現(xiàn)身青浦的3D打印房屋就是在蘇州打印好后搬運(yùn)到上海的。
“用3D打印機(jī)來(lái)造房，是世界各國(guó)建筑師的夢(mèng)想。此前，俄羅斯曾發(fā)布一幢3D打印建筑，但他們的原理是打印一個(gè)個(gè)像樂高積木一樣的配件，然后通過組裝做成建筑的墻體；荷蘭打印了一個(gè)景觀房建筑叫莫比烏斯環(huán)，是通過用沙子和黏合劑的方式打印若干個(gè)模塊進(jìn)行組裝，最終，也沒有打印出完整的房子。而有了這臺(tái)打印機(jī)，就可以就地取材，制造打印“油墨”，打出整棟房子。”馬義和稱。
“油墨”來(lái)自建筑垃圾
3D打印的房子是否為一種噱頭？打印的建筑牢度怎樣？能用多少年？如果在不久的將來(lái)推出3D打印住宅，有人會(huì)買嗎？面對(duì)記者一連串的疑問，馬義和回答得胸有成竹。
在他眼里，3D打印不僅是一種全新的建筑方式，更是一種顛覆傳統(tǒng)的建筑模式。它更加堅(jiān)固耐用、保護(hù)環(huán)境、高效、節(jié)能，不僅解放人力，還能大大降低建造成本，造出普通百姓都能住得起的房子。
據(jù)其介紹，3D打印最大的亮點(diǎn)，就是把建筑垃圾再利用，同時(shí)讓新建建筑不會(huì)產(chǎn)出新的建筑垃圾。“今后建筑過程將大大降低揚(yáng)塵和污染，建筑工地不會(huì)再是一片狼藉，城市空氣質(zhì)量也會(huì)得到改善。”馬義和說(shuō)，中國(guó)建筑垃圾的數(shù)量已占到城市垃圾總量的1/3以上，而盈創(chuàng)3D打印建筑“油墨”的核心技術(shù)就是將建筑垃圾再利用，通過技術(shù)處理、加工、分離，使之成為3D打印建筑“油墨”的原材料。
讓更多人住得起房子
那么這樣的“油墨”牢度怎樣？馬義和表示，“油墨”是一種經(jīng)過特殊玻璃(1275, -3.00, -0.23%)纖強(qiáng)化處理的混凝土材料，其強(qiáng)度和使用年限大大高于鋼筋混凝土。“空心的墻體不但大大減輕了建筑本身的重量，還可以隨意填充保溫材料，并可任意設(shè)計(jì)墻體結(jié)構(gòu)，一次性解決墻體的承重結(jié)構(gòu)問題，因此無(wú)論是橋梁、簡(jiǎn)易工房、劇院、還是賓館和居民住宅，其建筑體的強(qiáng)度和牢度都符合且高于國(guó)家建筑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。”
更顛覆想象的是，“油墨”擠出后會(huì)很快凝固，保證打印機(jī)能連續(xù)打印。“如果是整棟25層的住宅樓，只要打好地基，僅十天半月即可完成整棟樓的建筑框架。之后安裝好門窗，排好各類電線管道，再由打印機(jī)打印出整體的復(fù)合地板和家具，業(yè)主一個(gè)多月就可拎包入住。”馬義和說(shuō)，這絕不是未來(lái)的夢(mèng)想，而是現(xiàn)今已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了的技術(shù)。“現(xiàn)在，你看中了外灘的哪棟建筑，或者喜歡全球哪套品牌家具，只要用照相機(jī)拍下來(lái)，將設(shè)計(jì)圖紙輸入電腦，很快就可拷貝不走樣地打印出來(lái)。”
更令他對(duì)自己產(chǎn)品信心十足的是3D打印的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。據(jù)他測(cè)算，打印能使建筑能耗從70%降低到30%以下，讓建筑成本降低50%，讓更多人住得起房子。
原材料玻璃纖維會(huì)影響呼吸系統(tǒng)
創(chuàng)新值得肯定，但3D打印住宅還有很長(zhǎng)路要走
因青浦打印建筑的亮相，這一周來(lái)馬義和成為建筑業(yè)內(nèi)的關(guān)注熱點(diǎn)。而他的下一步計(jì)劃，將在全國(guó)尋找合作方，在全國(guó)間隔300公里范圍內(nèi)建100家夢(mèng)工廠，今后就地取材，就地制造油墨，就地打印。
不過，對(duì)于如此大手筆的規(guī)劃，似乎也有人表示了擔(dān)憂。有專家表示，雖然在理論上運(yùn)轉(zhuǎn)良好，但當(dāng)規(guī)模變大后，可能會(huì)突然失效。在很長(zhǎng)的時(shí)間里，3D打印房屋可能只會(huì)用在一些臨時(shí)建筑上。
同濟(jì)大學(xué)建筑系教授來(lái)增祥同樣表示，3D打印在建筑新材料開拓和建筑工藝上的創(chuàng)新探索值得稱贊，不過3D打印房屋要真正普及，恐怕還需斟酌。比如該3D打印的“油墨”的構(gòu)成主要是高標(biāo)號(hào)水泥和玻璃纖維。而據(jù)他所知，某些國(guó)家禁止建筑大量使用玻璃纖維，因?yàn)椴ＡЮw維會(huì)影響人體呼吸系統(tǒng)。高強(qiáng)度水泥未來(lái)的回收也有困難，目前我國(guó)高層住宅普遍使用的是鋼筋混凝土或全鋼結(jié)構(gòu)，其中鋼鐵可以回收，因此傳統(tǒng)建筑材料在未來(lái)的一段時(shí)期內(nèi)依舊有很大優(yōu)勢(shì)。
此外，建筑不僅光有外在的形態(tài)，特別是人居住宅，更需要對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、綜合強(qiáng)度、剛度、防火性、使用年限等多方面進(jìn)行綜合考量。來(lái)增祥認(rèn)為“油墨”的承載力強(qiáng)度、耐久性等各項(xiàng)指標(biāo)是否符合標(biāo)準(zhǔn)，還有待專家部門的權(quán)威檢測(cè)和認(rèn)證。
[3D打印的目前運(yùn)用]
航空航天領(lǐng)域運(yùn)用最多
中國(guó)3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書長(zhǎng)、亞洲制造業(yè)協(xié)會(huì)首席執(zhí)行官羅軍表示，3D打印技術(shù)已被廣泛地運(yùn)用到了航空航天、汽車零部件、重大裝備、文化創(chuàng)意、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。
相比消費(fèi)和制造領(lǐng)域，我國(guó)3D打印技術(shù)在關(guān)鍵軍事領(lǐng)域的運(yùn)用已經(jīng)非常成熟，其中包括航空母艦上的各種武器和配套裝置、人造衛(wèi)星的外部構(gòu)造、火星探測(cè)器、空間站，乃至宇宙飛船，而航空航天領(lǐng)域也是國(guó)內(nèi)目前運(yùn)用最多的領(lǐng)域。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
我國(guó)第一艘航母“遼寧號(hào)”的艦載機(jī)型“殲-15”的部分零件就是以3D打印技術(shù)制造而成的。由于戰(zhàn)斗機(jī)在航母上起降時(shí)，前輪幾乎需要承載整個(gè)飛機(jī)重量的一半，這對(duì)于前輪支撐腳的性能要求極高，而“殲-15”與最新“殲-31”的前輪支撐腳都采用了以3D打印而成的鈦合金構(gòu)件。復(fù)旦大學(xué)美國(guó)研究中心教授沈丁立表示，3D打印技術(shù)能攻破武器部件、尤其是高端武器部件性能的缺陷。與機(jī)器制造出的零件和產(chǎn)品相比，3D打印的產(chǎn)品更加精細(xì)輕盈、韌度更強(qiáng)、抗壓力更佳。
重塑骨骼植入體內(nèi)
美國(guó)3D生物打印廠商Organovo公司于2009年底研制出了3D生物打印機(jī)，打印人體細(xì)胞、組織都成為了現(xiàn)實(shí)。
從2009年起，北京大學(xué)第三醫(yī)院骨科率先開始對(duì)利用3D打印金屬材質(zhì)的骨骼進(jìn)行研究。經(jīng)過四年的努力，研究的牽頭人、北京大學(xué)第三醫(yī)院骨科主任劉忠軍帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在脊柱及關(guān)節(jié)外科領(lǐng)域研發(fā)出十幾個(gè)3D打印脊柱外科植入物，其中頸椎椎間融合器、頸椎人工椎體及人工髖臼關(guān)節(jié)三個(gè)產(chǎn)品，已經(jīng)接近完成臨床觀察階段，準(zhǔn)備進(jìn)行產(chǎn)品申報(bào)。已有60多位患者在簽署知情同意書后，植入了3D打印出的骨骼。從植入結(jié)果看來(lái)，短時(shí)間內(nèi)，就可看到骨細(xì)胞已長(zhǎng)進(jìn)打印骨骼的孔隙里，效果樂觀。此外，在國(guó)內(nèi)醫(yī)院中，3D打印技術(shù)還在給患者修復(fù)顱骨、修整下巴、重塑顴骨、眼眶等部位時(shí)派上用場(chǎng)。
而據(jù)英國(guó)媒體報(bào)道，一位名為芬頓的27歲英國(guó)男子去年到西班牙度假時(shí)不慎從四樓摔下，導(dǎo)致臉部骨骼、四肢和肋骨等全部摔斷。在他回到英國(guó)后，專家根據(jù)芬頓未受傷之前的照片，運(yùn)用3D技術(shù)重新塑造了其他的骨骼，再把打印出來(lái)的“骨骼”植入其身體內(nèi)。經(jīng)過14個(gè)小時(shí)的手術(shù)，芬頓獲得了“重生”。
不過，即便已有機(jī)構(gòu)通過3D打印制出了活體細(xì)胞以及耳朵等人體器官，但目前的3D打印技術(shù)還達(dá)不到“器官移植”的高度。
[3D打印的未來(lái)發(fā)展]
打印能移植的心臟
美國(guó)路易斯維爾大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)已用3D打印的方式打印出人類心臟瓣膜以及小血管，這些小血管在老鼠等小動(dòng)物身上可以正常工作。該研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃，在三至五年內(nèi)打印出心臟的各個(gè)部件，然后手工把它們組合在一起。這一項(xiàng)目的終極目標(biāo)是用人的自體細(xì)胞打印出一個(gè)完整的、能用于移植的心臟。
如果一切能按計(jì)劃進(jìn)行，生物人造心臟有望在十年內(nèi)進(jìn)入人體實(shí)驗(yàn)階段。首批受試者將是無(wú)法移植人工心臟的心臟病患者，比如因大小不合適而不能接受人工心臟的兒童。
此外，研發(fā)出3D生物打印機(jī)的美國(guó)3D生物打印廠商Organovo公司還聲稱，他們將在今年某個(gè)時(shí)候打印出人類肝臟。雖然該公司表示3D打印出的肝臟與很多人想象的那種具有全部功能的人類肝臟還有很大的距離，但就研發(fā)現(xiàn)狀而言，離3D打印出全功能人類肝臟也只有幾年的時(shí)間。
據(jù)了解，Organovo公司的研究人員已經(jīng)能夠打印出幾十種不同的生物細(xì)胞，一旦在這些器官內(nèi)打印血管網(wǎng)絡(luò)的方法更加完善，大量的創(chuàng)新成果將會(huì)噴薄而出。 2019年的生物醫(yī)藥領(lǐng)域?qū)?huì)出現(xiàn)天翻地覆的變化。
用于電路板的制造
3D打印領(lǐng)域的資深觀察者布羅克·辛茨曼表示，3D打印技術(shù)在制造領(lǐng)域的發(fā)展空間不可估量。如今，已經(jīng)有廠商開始用3D打印機(jī)制造多種消費(fèi)品，這其中就包括家用機(jī)器人，而這也預(yù)示著3D打印技術(shù)未來(lái)將有可能被應(yīng)用到電路板的設(shè)計(jì)和制造之中，而不是僅僅用來(lái)制造一個(gè)簡(jiǎn)單的零部件。
3D打印技術(shù)在金屬零部件制造方面的工藝和質(zhì)量已有大幅提升，目前已有行業(yè)開始進(jìn)行大規(guī)模嘗試。辛茨曼預(yù)測(cè)，通過3D打印制造出來(lái)的金屬零部件有朝一日將能夠達(dá)到甚至超過傳統(tǒng)制造工藝的水平，畢竟3D打印性價(jià)比高，在加工某一個(gè)零部件時(shí)，不需要冗長(zhǎng)的生產(chǎn)線和復(fù)雜的加工流程，只需在一臺(tái)打印機(jī)中就能夠全部完成，從而將故障點(diǎn)數(shù)目降到最低，幾乎杜絕了殘次品的出現(xiàn)。3D打印還能制造出一些構(gòu)造復(fù)雜、傳統(tǒng)工藝無(wú)法實(shí)現(xiàn)的零部件，這也將大幅提升金屬零部件的生產(chǎn)效率。
走進(jìn)課堂 輔助學(xué)習(xí)
目前，教育領(lǐng)域?qū)?D打印機(jī)的使用率在上升。 3D打印機(jī)生產(chǎn)商Makerbot公司已發(fā)出一項(xiàng)倡議，希望將他們的3D打印機(jī)推廣到全美的每所學(xué)校。
隨著3D打印機(jī)價(jià)格的下降，以及出現(xiàn)更多的在學(xué)習(xí)上的應(yīng)用，3D打印機(jī)將成為從3年級(jí)到12年級(jí)(相當(dāng)于中國(guó)的小學(xué)三年級(jí)到高三)幾乎每一門課程里的主要輔助工具。就像上世紀(jì)80年代和90年代的PC機(jī)，3D打印機(jī)會(huì)迅速占領(lǐng)每一間教室。對(duì)于學(xué)生而言，3D打印機(jī)能把他們幻想中的東西變成現(xiàn)實(shí)，是一個(gè)非常強(qiáng)大的培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力和學(xué)習(xí)能力的工具。
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