你的下一套住宅，可能來自3D打印

圖/東方IC

在以運河聞名的荷蘭，橋梁很常見。但有四座橋尤為奇特：它們每座長約8 米，且都是由一臺大型3D 打印機用混凝土“打印”而成的。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 打印作為技術革命的一部分，實現(xiàn)了將塑料和其他材料擠出并制成實心物體的目標。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，在醫(yī)療、文物修復、航天等領域，3D 打印也將大展拳腳。

建筑業(yè)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1 英寸（1 英寸=2.54 厘米）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 打印建筑明顯的優(yōu)點之一是速度快。建造一座46.45 平方米的單層住宅大約只需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(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)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(tǒng)?！倍谝话闱闆r下，“這通常需要來自五六個不同行業(yè)的20 多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(guī)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(qū)域進行結構支撐，它都會被浪費大約一半的量。這對環(huán)境的破壞尤為嚴重，因為水泥作為混凝土的主要成分，其生產過程中排放的二氧化碳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(yōu)化。

打印出來的結構具有數字化是3D 打印的另一個優(yōu)點。這意味著在電腦上呈現(xiàn)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(jié)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(chuàng)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(zhí)行計劃。

技術仍處早期階段

目前，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(guī)模，需要在技術和監(jiān)管方面做更多的工作。對于前者，從業(yè)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(tǒng)建筑中，這是通過鋪設鋼筋來完成的。

荷蘭埃因霍溫理工大學的結構工程師西奧·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(huán)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。

3D 打印房屋質量檢查的指導方針和施工程序規(guī)則也需要敲定，西奧·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，西奧·薩萊特即將開始在阿姆斯特丹建造一座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(yè)級3D 打印建筑機可能會在未來十年從根本上改變建筑業(yè)。專家認為，它們可以將施工時間縮短一半，降低多達33%的成本，并提供更環(huán)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(fā)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。

未來將有更多可能

除了打印建筑，3D 打印機還能制造什么？答案是：小到精密的零件、餅干、模具、衣服，大到醫(yī)療器械、工業(yè)裝備甚至汽車、火箭……都可以制造出來。因此，有人會說，在未來，一臺3D 打印機幾乎可以創(chuàng)造一個世界。

比如，通過掃描獲取三維數據、通過電腦編程，將模型導入打印機，一個與真肺一模一樣的肺部模型就可以從3D 打印機里打印出來。2020 年6 月，貴州省人民醫(yī)院胸外科首次利用3D 打印技術完成了三維模型下的精準肺段切除術。這一模型不僅精準再現(xiàn)了病人肺部的病灶位置，甚至連每根血管都栩栩如生。醫(yī)療器械、器官模型、可植入人體的仿生組織……3D 打印擅長塑造各種細節(jié)的優(yōu)勢剛好滿足了醫(yī)學領域對各類模具的高標準需求。

不僅是醫(yī)療，3D 打印的這一特性，也很適合應用在文物復制和修護上。前段時間，位于山西大同的云岡石窟被“搬”到了千里之外的浙江杭州。在浙江大學藝術與考古博物館，全球首個可移動3D 打印石窟——云岡石窟“音樂窟”原樣再現(xiàn)了原洞窟的風采以及千余年來風化留下的細微痕跡。借助數字化采集，制造者對原洞窟進行了1 ∶1 復制，用輕型材料打印出110 塊模型，再像搭積木一樣組裝成現(xiàn)在的復制石窟。由于是復制品，參觀者不僅可以身處其中細細觀賞，還可以伸手觸摸，可謂過足了癮。

除了擅長精巧細微的“繡花功夫”，3D 打印未來也將在航空航天領域大展身手。不管是制造快速成型、單件定制的航天設備零部件，還是復雜結構件和大型異構件，3D打印都是理想的技術手段。