緬因大學推出全生物基材料制成的3D 打印房屋BioHome3D，以應(yīng)對住房危機

如今的增材建筑 (AC) 領(lǐng)域正在蓬勃發(fā)展，3D 打印房屋正成為其中的典型代表。2022年11月23日，南極熊獲悉，來自緬因大學（UMaine）先進結(jié)構(gòu)和復合材料中心 (ASCC)推出了一款名為 BioHome3D的3D 打印房屋，它被描述為“第一座完全由生物基材料制成的 3D 打印房屋”。

3D打印房屋——BioHome

據(jù)悉，UMaine推出的這款BioHome原型住宅面積為 600 平方英尺，擁有 3D 打印的地板、墻壁和由木纖維和生物樹脂制成的屋頂。不僅如此，它還具有 100% 的木質(zhì)絕緣材料和可定制的 R 值。也就是說，可以定制對傳導熱流的阻力。據(jù)該團隊稱，這座房子是完全可回收的，由于打印過程的精確性，建筑垃圾幾乎完全被消除了。

這座房屋是使用當?shù)氐哪纠w維原料與NatureWorks公司的木纖維-PLA復合材料在場外空地制作的，該公司由美國最大的私營公司嘉吉公司和泰國國有石油和天然氣企業(yè)PTT公共有限公司共同擁有。建筑團隊將房屋 3D 打印為四個模塊，然后在半天內(nèi)在現(xiàn)場組裝。家里只用了兩個小時就通電，而且只需要一名電工。該結(jié)構(gòu)位于 ASCC 外的地基上，配備了傳感器，可在房屋抵御緬因州冬季時跟蹤房屋的環(huán)境、熱量和結(jié)構(gòu)信息。

BioHome3D 作為“第一個”由生物基材料制成的 3D 打印房屋的標簽似乎有些站不住腳，因為在 2019 年，WASP 3D 打印了一座名為GAIA的小房子，它是由土壤和農(nóng)業(yè)廢料制成的。緊隨其后的是意大利的TECLA 之家和迪拜的DIOR 商店，同樣采用當?shù)夭少彽奶烊徊牧现瞥伞?/div>

為了澄清這一點，BioHome3D 團隊解釋道：“我們對 100% 生物基材料的定義是那些來自生物體的原材料 ，例如木材、農(nóng)作物（如玉米、大麻）或藻類。WASP 項目使用了從現(xiàn)場附近獲得的當?shù)厣匙?土壤，這些沙子/土壤不是生物基材料。雖然在當?shù)匕l(fā)現(xiàn)，但這些主要是礦物質(zhì)。雖然它們很豐富，但它們要么是生物基的，要么是可再生的�！�

有趣的是，像 PLA 這樣的生物聚合物傳統(tǒng)上無法在工業(yè)堆肥設(shè)施外降解。它也不能在不損失其某些機械性能的情況下回收。相比之下，生土可以重新融入自然環(huán)境，也可以無限期地作為建筑材料重復使用。盡管如此，BioHome3D 是一個獨特的增材建筑案例。

ASCC 執(zhí)行董事 HabibDagher 博士說：“許多技術(shù)正在開發(fā)用于 3D 打印房屋，但與 BioHome3D 不同的是，大多數(shù)技術(shù)是使用混凝土打印的。然而，只有混凝土墻是在傳統(tǒng)鑄造的混凝土基礎(chǔ)上打印的。傳統(tǒng)的木質(zhì)框架或木質(zhì)桁架被用來完成屋頂。與現(xiàn)有技術(shù)不同，整個 BioHome3D 都是打印出來的，包括地板、墻壁和屋頂。使用的生物材料是 100% 可回收的，因此我們的后代可以完全回收 BioHome3D。”

Umaine 和橡樹嶺國家實驗室(ORNL) 在美國能源部的 Hub and Spoke 計劃的資助下開發(fā)，與 MaineHousing 和緬因州技術(shù)學院合作實現(xiàn)了這一目標。ORNL 之前曾在 2015 年使用辛辛那提公司的大面積增材制造系統(tǒng)的變體來3D 打印房屋。該項目是使用ORNL 與 Umaine 和Ingersoll 開發(fā)的MasterPrint聚合物 3D 打印機制作的。它以 2019 年的船體 3D 打印而聞名，當時是世界上最大的 3D 打印船和實體物體。

△緬因州州長珍妮特·米爾斯 (Janet Mills) 出席了住宅揭幕儀式；美國參議員蘇珊·柯林斯；美國能源部能源效率和可再生能源高級顧問 Jeff Marootian；美國能源部能源效率和可再生能源辦公室代理參謀長 Rebecca Isacowitz；美國能源部代理先進制造辦公室主任 Steve McKnight；ORNL 能源科學與技術(shù)實驗室副主任 Xin Sun。

增材制造與住房危機

與許多 3D 打印房屋一樣，BioHome3D被吹捧為增材建筑解決全球住房危機的示范。項目團隊引用了緬因州缺少 20,000 個住房的事實，該州近 60% 的低收入租房者將一半以上的收入用于住房。供應(yīng)鏈問題導致的失業(yè)和材料價格上漲進一步加劇了這種情況。

緬因州州長珍妮特米爾斯說：“我們的州正面臨住房危機和勞動力短缺的沖擊，但緬因大學再次挺身而出，表明我們可以用緬因州標志性的獨創(chuàng)性應(yīng)對這些嚴峻挑戰(zhàn)。憑借其創(chuàng)新的 BioHome3D，Umaine 的高級結(jié)構(gòu)和復合材料中心正在創(chuàng)造性地思考我們?nèi)绾谓鉀Q住房短缺問題，加強我們的林產(chǎn)品工業(yè)，并為人們提供安全的居住場所，以便他們?yōu)槲覀兊慕?jīng)濟做出貢獻。雖然還有更多工作要做，但今天的發(fā)展是向前邁出的積極一步——我很自豪能夠通過我的緬因州就業(yè)與恢復計劃和我的預算來支持這一舉措。我向緬因大學及其合作伙伴表示祝賀和感謝，我期待著繼續(xù)以創(chuàng)新的解決方案解決這些問題�！�

參議員柯林斯說：“隨著今天世界上第一座由回收森林產(chǎn)品制成的 3D 打印房屋的生產(chǎn)，緬因大學繼續(xù)展示其在創(chuàng)新和科學研究方面的全球領(lǐng)導地位。這項非凡的成就歸功于 Habib Dagher 博士、他的團隊和緬因州高級結(jié)構(gòu)與復合材料中心的學生的堅韌和專業(yè)知識。我贊揚他們?yōu)榫捯蛑莸牧之a(chǎn)品行業(yè)開創(chuàng)了這個新的市場機會，這有助于緩解我們國家的住房短缺問題。他們開創(chuàng)性的工作將為經(jīng)濟適用房的未來奠定基礎(chǔ)，并有助于在我們州創(chuàng)造新的就業(yè)機會�！�

然而，正如舊金山社區(qū)住房組織委員會(CCHO)聯(lián)合主任彼得科恩所說的的那樣，單靠空調(diào)并不是為廣大民眾提供住所的靈丹妙藥。解決住房危機的一種可能更節(jié)能和資源高效的解決方案可能是征用現(xiàn)有建筑物，例如屬于國外投資者的未使用公寓，并將其改造成公共住房。在當前的社會、經(jīng)濟和政治現(xiàn)實中，這種使房地產(chǎn)去商品化的嘗試可能是不可能的。

然而，技術(shù)方法更容易獲得來自公共和私人實體的積極報道和資助。增材建筑以及整個增材制造的主要優(yōu)勢在于它可以實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。這使得通過規(guī)避勞工問題來解決勞工問題成為可能。這可能是它受到阿拉伯聯(lián)合酋長國如此大力推動的原因之一，在該國，建筑行業(yè)的罷工危害性極大。

Umaine 為未來的增材建設(shè)努力

為了擴大其增建造項目研究，ASCC 正在開設(shè)其綠色工程和材料 (GEM) 未來研究工廠。該設(shè)施將作為支持人工智能的大規(guī)�；旌现圃斓幕�礎(chǔ)。GEM 網(wǎng)站部分是為了振興該州的經(jīng)濟，它也將成為創(chuàng)建新的緬因州工程、計算和信息科學學院 (MCECIS) 的關(guān)鍵，該學院整合了工程和計算教育與研究。

GEM 由 2500 萬美元的直接投資推動，其中包括通過緬因州就業(yè)與恢復計劃獲得的 1500 萬美元和 1000 萬美元的聯(lián)邦資金。該州的參議員正在爭取其他聯(lián)邦基金中的近 4000 萬美元。