河北牛逼！3D打印建筑快“上天”了

　　3D打印技术是一种以三维扫描或CAD构图等数字模型文件为基础，通过数字技术材料打印机，逐层将粉末状金属或塑料等可粘合材料打印成立体实物构造的快速成型技术。

查克·赫尔

　　自1983年美国人查克·赫尔(Chuck Hull)发明了3D打印技术以来，其已经陆续在交通运输、工业设计、电子机械、生物医学及其他领域被广泛应用。

　　目前，随着这项技术的快速发展，3D打印已经正式迈入了建筑领域的大门。

　　初试

　　3D打印技术第一次和建筑邂逅是在2013年1月。当时，荷兰建筑设计师Janjaap Ruijssenaars和艺术家Rinus Roelofs设计出了全球第一座3D打印建筑物，其设计灵感源于莫比乌斯环，因其类似莫比乌斯环的外形像风景一样，故被命名为“Landscape House”(风景屋)。

　　为实现这座建筑的3D打印，Ruijssenaars和他的Universe Architecture公司获得了BAM集团的帮助，开发出了一款名为“3D BUILDER”的大型3D打印机。据了解，这款的3D打印机拥有一条强大的机械臂，上面安装了300个可更换喷嘴的“D-Shape”打印头，并且使用粘结剂来固化砂和氧化镁的混合物，通过这种粘合剂喷射技术可创造出大型混凝土结构。

　　尽管如此，打印一座庞大的建筑对“3D BUILDER”而言，难度也过于巨大，因此，最终在施工时仅利用这台机器制造6m×9m的块状物，拼接出了整体结构，其余部分则用钢纤维混凝土浇筑，整个工程耗时超过一年。

　　挫折

　　Landscape House的建造也给了人们第一次的经验，专家学者立刻由此入手分析研究了3D技术在建筑领域应用的前景，通过总结，发现其存在如下问题。

　　(1)打印物品的大小和打印机规格成正比，如果想把建筑通过一次性打印建造，建造如此大规格的打印机不经济，也不现实。

　　(2)打印机的精度并不能满足建筑设计的要求，而高精度的3D打印机造价又过于昂贵。

　　(3)打印时间过慢。1台打印机打印1朵玫瑰花就需要1h，如此计算，若建造一座建筑，其效率甚至不如传统建造方式。

　　(4)部分打印材料并不能完全满足建筑要求的各项物理指标。

　　但在今天，上述这些问题大部分都已经被成功解决了。

　　突破

　　去年5月24日，全球首座3D打印办公楼在阿联酋迪拜国际金融中心举行了开幕典礼，这座单层建筑室内面积达250㎡，办公楼中几乎所有的“零部件”包括办公家具等，都是由1台6m×36m×12m规格的3D打印机耗费17d打印制造的，打印完成后施工方仅用2d便完成了全部的安装工作，总成本仅14万美元。

　　其所使用的一种混合了混凝土、石膏与塑料等材质的新型建筑材料完全符合建筑结构设计要求。此外，其墙体是中空的结构，可以根据需要填充保温材料。

　　这座建筑的技术价值远大于建造价值，为何这么说呢?其在建造过程中对于3D打印技术的应用相当于是对预制装配式的全面升级，据计算，这座建筑的工期因为3D打印技术而缩短了50%~70%，并节省了50%~80%的劳动成本。

　　无独有偶，麻省理工(MIT)介导物质实验室(Mediated Matter Lab)近日在《Science Robotics》上发表了一篇研究文章，文章介绍了一种用于建造大型结构的3D打印设备。研究人员将其称之为数字建筑平台(DCP)，即“一个自动化的施工系统，能用实时环境数据来进行过程控制，并在现场定制制造建筑级的结构”。该平台使用1个2015 Altec AT40GW升降系统，升降机顶端装有1条KUKA AGILUS KR 10 R1100 6x WP电动机器臂。

　　该设备安装在配有太阳能电池板，且能够自由移动的汽车上，通过机器人臂控制喷嘴，使喷嘴逐层喷出一种膨胀性泡沫，结构随着泡沫的膨胀而逐渐形成，随后可用混凝土填充两个平行壁之间的空腔。研究团队评估了各种能快速固化的聚氨酯泡沫，并用陶氏化学公司的Froth-Pak绝缘泡沫测试打印了建筑级的半椭球体拱顶。该设备也可用于建造其他不同材料的建筑。

　　可以说目前3D打印技术代表了全球数字化建设的新未来，人类距离发明出一台能够完全自主完成建筑建造工作的机器人已经是咫尺之遥了。

　　“小编，差不多得了，建筑3D打印技术都快让你说上天了!”

　　你说的确实不假，3D打印建筑确实快“上天”了。

　　未来

　　去年，美国航天局出资赞助了南加州大学的“轮廓工艺” 3D 打印技术项目。该项目的研发使3D打印技术可在24小时内制造出约 232 ㎡的2层楼房，更厉害的是，南加州大学的工程师开发出了一种名为“选择性分离烧结”的3D打印技术，这种技术可利用尘埃或表层土壤直接打印出建筑材料。

　　具体做法是将广泛存在于尘埃、土壤中的硅酸盐材料加热至高温，然后打印成所需形状的物体。此外，“选择性分离烧结”技术可以在无重力状态下实现。

　　这意味着什么呢?若南加州大学的这个项目完全研发成功，就可以实现在外星球上直接就地取材，制造出高分子材料、金属材料、硅酸盐材料甚至复合材料等，用于建筑制造。除了外星球上的建筑材料打印，这项技术还能用于空间站的零部件打印，对于空间站的运营维护也是一大福音。

工程结算价