Nature子刊：印度研究團隊開發(fā)突破性建筑3D打印系統(tǒng),讓水泥也能"打印"房子

導讀：你是否曾經想過，有一天我們可以像打印文件一樣"打印"房子？

2025年5月，南極熊獲悉，印度研究人員在Scientific Report上發(fā)表了一項突破性研究，讓這一科幻場景離我們更近了一步。研究團隊成功開發(fā)了一套經濟實惠的建筑3D打印系統(tǒng)，能夠使用本地材料打印出結構穩(wěn)定的水泥構件，為未來建筑行業(yè)帶來了新的可能。



研究背景
傳統(tǒng)建筑行業(yè)一直面臨著材料浪費、施工效率低下和設計受限等問題。隨著3D打印技術的發(fā)展，建筑領域開始探索這一創(chuàng)新方法。印度曼尼帕爾高等教育學院的研究團隊看準了這一趨勢，著手研發(fā)適合本地條件的建筑3D打印系統(tǒng)。研究團隊希望設計一個既經濟實惠又能適應本地材料的擠出系統(tǒng)，讓建筑3D打印技術能夠在更廣泛的地區(qū)推廣使用。

研究內容
這套建筑3D打印系統(tǒng)的核心在于擠出裝置，包括料斗、螺旋送料器和可互換的噴嘴。研究團隊對這些關鍵部件進行了重新設計，以適應水泥基復合材料的特性。他們設計的螺旋送料器長600毫米，螺距48毫米，能夠在保證送料率的同時提高擠出精度。而且還開發(fā)了矩形和圓形兩種不同形狀的噴嘴，以滿足不同建筑結構的需求。測試顯示，矩形噴嘴在打印穩(wěn)定性和層間粘合方面表現(xiàn)更佳，能夠穩(wěn)定堆疊多達12層，而圓形噴嘴最多只能穩(wěn)定堆疊8層。




研究團隊的另一個創(chuàng)新點在于材料配方，他們測試了三種不同的水泥基復合材料，其中表現(xiàn)最佳的是CSSAW配方——一種結合了水泥、細砂、細土、添加劑和水的混合物。普通水泥材料流動性不足或者強度不夠，無法滿足3D打印的需求，為了應對這個挑戰(zhàn)，研究人員添加了細土和聚羧酸醚超塑化劑，顯著改善了材料的流動性和形狀保持能力。



測試數(shù)據(jù)顯示，CSSAW材料在30分鐘后仍能保持27厘米的坍落高度，比基準配方提高了92.8%的流動性，形狀保持能力提升了三倍。這種材料能夠成功堆疊11層而不會塌陷，展現(xiàn)出優(yōu)異的打印性能。除了硬件和材料，研究人員還優(yōu)化了打印參數(shù)。通過反復測試，他們發(fā)現(xiàn)25毫米/秒的打印速度和10毫米的層高最適合高質量打印。一開始他們嘗試30毫米/秒的速度和20毫米的層高，但打印質量不理想，層填充不完整。降低速度和層高后，打印質量有了顯著提升。在優(yōu)化的條件下，研究團隊成功打印出了六邊形和波浪形結構，證明了系統(tǒng)在實際應用中的可行性。



未來展望
這項研究為建筑3D打印技術在資源有限或偏遠地區(qū)的應用提供了新思路。由于系統(tǒng)使用當?shù)乜色@得的材料和簡單的機械部件，大大降低了建筑3D打印的門檻和成本。研究團隊表示，未來的工作將集中在進一步優(yōu)化材料配方和擠出機制，提高系統(tǒng)的性能和可靠性。他們還計劃探索更多可持續(xù)材料的應用，以減少建筑業(yè)對環(huán)境的影響。

隨著技術的不斷完善，建筑3D打印有望在未來幾年內實現(xiàn)更大規(guī)模的應用，為解決全球住房短缺問題和提高建筑效率提供新的解決方案。也許有一天，我們真的可以像打印文檔一樣，輕松地"打印"出一座房子！
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41598-025-02860-9