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        環(huán)保又高效的3D打印建筑

        2023-08-17 08:01:14李偉
        檢察風(fēng)云 2023年15期
        關(guān)鍵詞:油墨打印機工藝

        李偉

        隨著3D打印技術(shù)不斷發(fā)展,將建筑物直接打印出來的工藝,應(yīng)用前景越來越廣闊。它不僅能夠簡化建筑過程,還能精確計算所需建材的數(shù)量,而且?guī)缀醪粫a(chǎn)生建筑垃圾。

        用于打印建筑的巨型3D打印機

        美國硅谷的“新故事”公司設(shè)計建造的3D打印民居

        據(jù)英國路透社報道,在德國海德堡市,“歐洲最大的3D打印建筑”于今年7月完工,未來將作為一個計算機服務(wù)器中心投入使用。據(jù)該項目的開發(fā)商介紹,3D打印機按照預(yù)先輸入的程序,從噴嘴中“擠”出建筑材料。工程人員對打印出的建筑部件進行簡單組裝,即可完成建造過程。這是3D打印技術(shù)在建筑業(yè)的應(yīng)用中取得的重大進展。

        “輪廓工藝”

        3D打印建筑技術(shù)本質(zhì)上屬于一種增材制造工藝,設(shè)計師將數(shù)字化設(shè)計模型輸入打印機,轉(zhuǎn)化為打印指令,打印機按照設(shè)計要求將特殊材料層層疊加,形成特定形狀的建筑部件。

        在大多數(shù)人的概念中,油墨是液態(tài)的。而3D打印建筑使用的“油墨”,是一種經(jīng)過特殊玻璃纖維強化處理的混凝土材料,其強度和使用年限大大優(yōu)于鋼筋混凝土?!坝湍睌D出后很快會凝固,保證打印機能連續(xù)打印??招牡膲w不但大大減輕了建筑物本身的重量,還可以按需求填充保溫材料,并可任意設(shè)計墻體結(jié)構(gòu),解決承重問題。因此,無論是橋梁、簡易工房、劇院,還是賓館和居民住宅,其建筑體的強度和牢固度都符合甚至高于建筑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

        3D打印建筑在效率提升和可持續(xù)發(fā)展方面擁有優(yōu)勢。美國南加州大學(xué)工業(yè)與系統(tǒng)工程教授比洛克·霍什內(nèi)維斯正在研發(fā)一種新的工藝。這種新工藝?yán)?D打印技術(shù),可在不到20小時的時間內(nèi)建造一幢面積達(dá)230平方米的建筑。該項目獲得美國航空航天局的支持和資助?;羰矁?nèi)維斯把這種工藝稱為“輪廓工藝”,他認(rèn)為,該工藝得到推廣,可以幫助全球10億人改善居住條件。

        “輪廓工藝”在概念設(shè)計上比較簡單,但實施起來比較復(fù)雜。它需要一臺巨型3D打印機,其工作原理很像我們辦公室中使用的打印機,不過它噴出的不是油墨,而是混凝土。在“輪廓工藝”系統(tǒng)的噴口上,齒輪傳動裝置可以創(chuàng)建房屋的基礎(chǔ)和墻壁。這種建筑能夠抵御地震和其他自然災(zāi)害?;羰矁?nèi)維斯稱,使用該工藝不僅成本低、建造速度快,而且對環(huán)境友好。

        早在2015年6月,阿聯(lián)酋迪拜就宣布,將嘗試?yán)?D打印技術(shù)建造辦公樓。迪拜致力于率先利用各種領(lǐng)先的技術(shù),從而成為全球創(chuàng)新中心——利用3D打印技術(shù)建造辦公樓是該計劃的組成部分。這個項目證明了3D打印技術(shù)應(yīng)用于建筑行業(yè)實現(xiàn)的高效率和創(chuàng)造性,有望改寫建筑和設(shè)計行業(yè)。

        這棟建筑的使用面積為250平方米,所有零部件由一臺6米高、36米長、12米寬的大型3D打印機打印完成,所使用的“耗材”是一種新型建筑材料,融合了混凝土、石膏和塑料。施工方僅用2天就完成了零部件的安裝工作。除了建筑本身,其室內(nèi)的所有家具也都是利用3D打印技術(shù)制造的。

        2016年,這個當(dāng)時最先進的3D打印作品完成了,它也是第一座投入實際運營的3D打印建筑。迪拜宣布,它將成為“未來博物館”的一部分。

        優(yōu)勢所在

        相比傳統(tǒng)的建筑方式,3D打印技術(shù)在建筑行業(yè)中的應(yīng)用有哪些優(yōu)勢?

        首先,使用3D打印技術(shù)建造一座建筑所需的時間大大縮短。例如,上文提到的德國海德堡的“歐洲最大3D打印建筑”占地600多平方米,傳統(tǒng)建造方式需要現(xiàn)場有十幾名工人協(xié)同工作,而使用3D打印技術(shù),只需要一臺大型設(shè)備,由兩名工人在現(xiàn)場監(jiān)督工程進度即可。

        其次,3D打印技術(shù)可以實現(xiàn)更高的精度和更大的自由度。傳統(tǒng)建筑方式可能會受到建筑規(guī)劃、建筑結(jié)構(gòu)以及工人技能等因素的限制,而3D打印技術(shù)可以根據(jù)設(shè)計者的意愿直接打印出最終建筑的模型,從而實現(xiàn)更高水平的設(shè)計創(chuàng)意和更大的自由度。

        3D打印建筑的牢固度怎么樣?能推廣作為居民住宅嗎?

        據(jù)英國《新科學(xué)家》報道,3D打印不僅是一種全新的建筑方式,也是一種顛覆傳統(tǒng)的建筑模式。它堅固耐用、高效節(jié)能,不僅在建造過程中節(jié)省了人力,還能大幅降低建造成本。

        3D打印技術(shù)的最大亮點是可以讓建筑垃圾實現(xiàn)再利用,而且在建造過程中不會產(chǎn)生新的建筑垃圾。采用這種工藝,建筑工地不會雜亂無章,城市空氣質(zhì)量也會得到改善。

        未來,隨著3D打印技術(shù)的不斷創(chuàng)新和進步,其在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用也將繼續(xù)拓展。例如,人們可以將3D打印技術(shù)應(yīng)用于建筑維護和改造,以減少損壞和浪費。此外,建筑設(shè)計師還可以利用3D打印技術(shù)將更多的創(chuàng)意和想象付諸實踐,創(chuàng)造出“唯美”“功能性強”“具未來感”的建筑。

        未來預(yù)期

        3D打印建筑質(zhì)量可靠,與傳統(tǒng)建筑相比可節(jié)約30%—60%的材料,縮短工期50%—70%,減少人工50%—80%,建筑成本降低50%。

        3D打印建筑市場潛力巨大。據(jù)聯(lián)合國人類住區(qū)規(guī)劃署發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示,到2030年全球?qū)⒂薪?0億人需要改善居住環(huán)境,這意味著每天需要新建9.6萬套住房。面對巨大的市場需求,需要一種成本更低、效率更高、安全性更強的建筑模式。

        歐洲數(shù)字建筑領(lǐng)域的專家格蕾絲·愛麗絲表示,3D打印建筑技術(shù)正以日新月異的速度發(fā)展,將帶動建筑領(lǐng)域的自動化和數(shù)字化,為當(dāng)前住房短缺和勞動力緊缺的全球性難題提供解決方案。

        當(dāng)前3D打印建筑技術(shù)的發(fā)展仍處于初期,實現(xiàn)規(guī)?;忻媾R不少挑戰(zhàn)。比如,3D打印建筑仍沿用傳統(tǒng)的建筑標(biāo)準(zhǔn),尚缺乏統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)。德國3D打印建筑部門負(fù)責(zé)人法比安·布倫茨表示,未來3D打印建筑將向多戶型住宅社區(qū)的方向發(fā)展,真正解決規(guī)?;l(fā)展問題。

        丹麥知名3D建筑打印機生產(chǎn)商COBOD的創(chuàng)始人亨里克·尼爾森認(rèn)為,隨著技術(shù)的進一步發(fā)展和成熟,3D打印建筑的成本會大幅下降,推動整個建筑行業(yè)發(fā)生革命性改變。

        荷蘭韋伯建筑公司首席執(zhí)行官胡伊斯曼表示,3D打印建筑將提供一種全新的建筑方式和商業(yè)模式,包括項目承包商、技術(shù)人員、電路技工等在內(nèi)的行業(yè)從業(yè)者,需要實現(xiàn)觀念轉(zhuǎn)變,接受技能培訓(xùn)。這是3D打印建筑未來市場化取得成功的重要因素。

        有業(yè)界專家指出,3D打印在建筑新材料開拓和建筑工藝創(chuàng)新上的探索值得稱贊,不過,3D打印住宅要真正普及,還需斟酌。其“油墨”的成分主要是水泥和玻璃纖維,而一些國家禁止建筑物大量使用玻璃纖維,因為它會影響人的呼吸系統(tǒng)。

        迪拜最早投入使用的3D打印建筑

        編輯:姚志剛? winter-yao@163.com

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