3D打印房屋已成為現(xiàn)實(shí)

幾年前，用打印機(jī)打出一棟房子，還只是存在于人們腦海中的“概念”。然而，日前，一部高6.6米、寬10米、長(zhǎng)150米的打印機(jī)、一種特殊的“油墨”、一臺(tái)電腦、一個(gè)按鍵，真的輕輕松松打印出了一棟棟真實(shí)的可以居住的房子。
    近日，上海張江高新青浦園區(qū)內(nèi)的3D打印建筑正式揭開神秘面紗：在園區(qū)內(nèi)的一片空地上，10幢一至兩層的毛坯新房錯(cuò)落安置，其中最大的一幢兩層建筑長(zhǎng)10米、寬6米、高4米。據(jù)悉，這10幢有著方便面式外表紋理的房子，并非由工人一磚一瓦砌出來，而是由一臺(tái)3D打印機(jī)打印出來的。
    更令人驚嘆的是，這些房子“建成”總共只花費(fèi)了24個(gè)小時(shí)，而且還是被用3D打印機(jī)整棟打印出來的。據(jù)悉，這批在園區(qū)展示的新房，將經(jīng)過簡(jiǎn)單裝修后用作園區(qū)的辦公房。
技術(shù)解析
“打印”材料是啥？
以高標(biāo)號(hào)水泥與玻璃纖維為主
    之前，俄羅斯曾發(fā)布過3D打印建筑，但他們的原理是打印一個(gè)個(gè)像樂高積木一樣的配件，然后通過組裝做成建筑的墻體，沒有打印完整的建筑；荷蘭打印了一個(gè)景觀建筑叫“莫比烏斯環(huán)”――通過用沙子和黏合劑的方式來打印出若干個(gè)模塊進(jìn)行組裝。目前，所有的3D打印建筑或者建筑模型，都是利用沙子和黏合劑的方式來打印，打印出來的建筑在強(qiáng)度和耐久性上是否經(jīng)得起考驗(yàn)還是一個(gè)未知數(shù)，并且都沒有打印出完整的建筑。那么，出現(xiàn)在上海的這臺(tái)超級(jí)3D打印機(jī)，又是憑什么來“整棟打印房屋”的呢？
    這臺(tái)3D超級(jí)打印機(jī)的發(fā)明人、上海盈創(chuàng)裝飾集團(tuán)有限公司董事長(zhǎng)馬義和透露，能夠打印出房子，最關(guān)鍵還是在油墨，也是其“核心武器”：“打印建筑的油墨是以高標(biāo)號(hào)水泥與玻璃纖維為主，依靠自主研發(fā)的打印機(jī)設(shè)備連續(xù)線性擠出式打印而成�！�

怎樣進(jìn)行“打印”？
從底部開始，逐層往上澆筑
    有了特殊的打印材料，下一步就要開始“打印”房屋了。此前，本報(bào)曾多次報(bào)道過3D打印機(jī)的工作原理：與切削原材料的傳統(tǒng)減材制造方法相反，其屬于逐層增材制造物件。而這個(gè)原理對(duì)這臺(tái)超級(jí)3D打印機(jī)也同樣適用。
    馬義和介紹說，打印建筑的流程是連續(xù)的：首先，噴嘴將“墨水”黏結(jié)劑澆灑到數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的那些區(qū)域，澆到“墨水”的地方，沙石材料會(huì)在24小時(shí)內(nèi)完成固化。“整個(gè)打印都是從底部開始，逐層往上，每次升高5至10毫米。 ”
    根據(jù)展示的現(xiàn)場(chǎng)打印時(shí)拍攝的視頻片段：一只巨大的噴頭，像奶油裱花一樣源源不斷噴出灰色的油墨，油墨呈“Z”字形排列，層層疊加，很快便砌起了一面高墻。之后，墻與墻之間還可以像搭積木一樣壘起來，再用鋼筋水泥進(jìn)行二次“打印”灌筑，連成一體。
    馬義和透露說，整個(gè)打印過程，只需要一張圖紙、一臺(tái)電腦、就地取材制造的“油墨”足矣。
超級(jí)3D打印機(jī)有多大？
占地約有一個(gè)籃球場(chǎng)大
    馬義和表示，這臺(tái)3D打印機(jī)，其研究了整整12年。前幾年對(duì)它完成了設(shè)計(jì)研發(fā)，然后全球定制零部件，最終在蘇州工廠組裝而成。這次現(xiàn)身青浦的3D打印房屋就是在蘇州打印好后搬運(yùn)到上海的。“以目前的技術(shù)，三層以下的房子，可以直接整棟打�。怀�過三層以上的房子，則一般先在工廠打印構(gòu)件，再運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼接。”
    試想，能夠打印整棟房子，這打印機(jī)本身該是多么的巨大？據(jù)悉，這臺(tái)超級(jí)打印機(jī)是企業(yè)的最高商業(yè)機(jī)密，外人都無緣一見。不過，馬義和透露說，這臺(tái)機(jī)器呈長(zhǎng)方形，高6.6米，寬10米，完全拉開足有150米長(zhǎng)。另?yè)?jù)有幸見到這臺(tái)巨型打印機(jī)視頻的人士透露，這臺(tái)“巨無霸”型打印機(jī)，其底面占地面積足有一個(gè)籃球場(chǎng)那么大，高度足有三層樓高。
打出來的房子結(jié)實(shí)嗎？
比傳統(tǒng)建筑更輕更堅(jiān)固
    說起來，房子歸根結(jié)底還是讓人住的。按照我國(guó)的現(xiàn)狀，一般住宅產(chǎn)權(quán)是70年，房屋的安全性至關(guān)重要。那么，3D打印出來的房子能不能夠達(dá)到傳統(tǒng)建筑方法的技術(shù)指標(biāo)？
    馬義和介紹說，前面也提到，能夠打印出房子，最關(guān)鍵還是在油墨，經(jīng)過特殊玻璃纖強(qiáng)化處理的混凝土材料，其強(qiáng)度和使用年限大大高于鋼筋混凝土。另外，為使部件的重量相對(duì)較輕，房屋采用了空心墻體。電腦制作的3D模型為此提供樣板，操作人員可以預(yù)留門窗等部件的位置，水電等管線可以在空心墻體中自由布置。
    空心墻體的優(yōu)勢(shì)在于，不但大大減輕了建筑本身的重量，建筑商還可以在其空空的“腹中”填充保溫材料，讓墻體成為整體的自保溫墻體；通過不同需求，可任意設(shè)計(jì)墻體結(jié)構(gòu)，預(yù)留“梁”與“柱”澆筑的空間，一次性解決墻體的承重結(jié)構(gòu)問題。“3D打印出來的建筑，比傳統(tǒng)建筑要輕50%，自然也更加牢固。 ”

比傳統(tǒng)建筑節(jié)省多少？
節(jié)約建材一半以上節(jié)約人工70%-80%
    和傳統(tǒng)的建筑相比，3D打印的一大優(yōu)勢(shì)在于：又快又省錢�！巴瑯邮墙ㄔO(shè)兩層高的建筑，傳統(tǒng)方法要用一個(gè)多月的時(shí)間，而3D打印幾個(gè)小時(shí)就能開發(fā)完成。”根據(jù)馬義和的測(cè)算，這種打印速度比傳統(tǒng)的建筑方式可節(jié)約工期60%-70%、節(jié)約建筑材料50%-60%、節(jié)約人工70%-80%。
    既然3D打印的房屋，需采用更高標(biāo)準(zhǔn)的建筑材料，那么會(huì)不會(huì)導(dǎo)致建筑成本的增加呢？對(duì)此，馬義和解釋說，特殊的材料制成成本勢(shì)必會(huì)比傳統(tǒng)建筑材料成本要高，但因?yàn)橛昧可�，所以整體成本不會(huì)更高。
打印工具
3D超級(jí)打印機(jī)、一張圖紙、一臺(tái)電腦、就地取材制造的“油墨”。
神秘打印機(jī)
呈長(zhǎng)方形，高6.6米，寬10米，完全拉開足有150米長(zhǎng)。
打印建筑的油墨是以高標(biāo)號(hào)水泥與玻璃纖維為主方便面式外表紋理，也能打印出波浪形肌理、平滑表面等各種外立面造型房屋采用了空心墻體，重量較輕可以在空心墻體中填充保溫材料，讓墻體成為整體的自保溫墻體可任意設(shè)計(jì)墻體結(jié)構(gòu)，預(yù)留“梁”與“柱”澆筑的空間，一次性解決墻體的承重結(jié)構(gòu)問題可以預(yù)留門窗等部件的位置，水電等管線可以在空心墻體中自由布置
比較
同樣是建設(shè)兩層高的建筑
傳統(tǒng)方法要用一個(gè)多月的時(shí)間而3D打印幾個(gè)小時(shí)就能開發(fā)完成這種打印速度比傳統(tǒng)的建筑方式可節(jié)約工期60%-70%、節(jié)約建筑材料50%-60%、節(jié)約人工70%-80%
可以打印各種房型
    記者獲悉，目前這臺(tái)超級(jí)3D打印機(jī)，不但能打印簡(jiǎn)單的標(biāo)準(zhǔn)建筑，還能打印出各種房型，也能打印出比如波浪形肌理、平滑表面等各種外立面造型的房屋，讓建筑的藝術(shù)性通過3D打印技術(shù)一次性實(shí)現(xiàn)。
不適合遠(yuǎn)距離運(yùn)輸
    當(dāng)然，有優(yōu)勢(shì)也有劣勢(shì)。馬義和坦言，目前的不足在于，房子的建材不適合遠(yuǎn)距離運(yùn)輸�！拔覀冇幸粋�(gè)計(jì)劃，就是在全國(guó)間隔300公里的范圍內(nèi)建廠，預(yù)計(jì)將建100個(gè)工廠。就地取材，就地制造，就地銷售�！�
最大亮點(diǎn)
對(duì)建筑垃圾進(jìn)行再利用
節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境
    隨著工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加速，建筑業(yè)也同時(shí)快速發(fā)展，相伴而產(chǎn)生的建筑垃圾日益增多，中國(guó)建筑垃圾的數(shù)量已占到城市垃圾總量的1/3以上。有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，截至2011年，中國(guó)城市固體生活垃圾存量已達(dá)70億噸，可推算建筑垃圾總量為21億至28億噸，每年新產(chǎn)生建筑垃圾超過3億噸。如采取簡(jiǎn)單的堆放方式處理，以500-600噸/萬平方米的標(biāo)準(zhǔn)推算，到2020年，我國(guó)還將新增建筑面積約300億平方米，這也就說明每年新增建筑垃圾的處理都將占1.5億至2億平方米用地。
    馬義和表示，3D打印建筑的“油墨”的另一個(gè)核心就是建筑垃圾的再利用，包括工業(yè)垃圾、尾礦�！皩⒊鞘兴�有建筑垃圾經(jīng)過處理回收到建筑中去，使建筑更加環(huán)保、節(jié)能、耐久。”
理性思考
3D打印房屋未來道路還很長(zhǎng)
主材料在一些國(guó)家禁止建筑大量使用
    不過，對(duì)于如此大手筆的規(guī)劃，也有人表示了擔(dān)憂。日前，同濟(jì)大學(xué)建筑系教授來增祥表示，3D打印在建筑新材料開拓和建筑工藝上的創(chuàng)新探索值得稱贊，不過3D打印房屋要真正普及，恐怕還需斟酌。比如該3D打印的“油墨”的構(gòu)成主要是高標(biāo)號(hào)水泥和玻璃纖維。而據(jù)他所知，某些國(guó)家禁止建筑大量使用玻璃纖維，因?yàn)椴ＡЮw維會(huì)影響人體呼吸系統(tǒng)。高強(qiáng)度水泥未來的回收也有困難，目前我國(guó)高層住宅普遍使用的是鋼筋混凝土或全鋼結(jié)構(gòu)，其中鋼鐵可以回收，因此傳統(tǒng)建筑材料在未來的一段時(shí)期內(nèi)依舊有很大優(yōu)勢(shì)。
    此外，建筑不僅光有外在的形態(tài)，特別是人居住宅，更需要對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)、綜合強(qiáng)度、剛度、防火性、使用年限等多方面進(jìn)行綜合考量。而“油墨”的承載力強(qiáng)度、耐久性等各項(xiàng)指標(biāo)是否符合標(biāo)準(zhǔn)，還有待相關(guān)部門的權(quán)威檢測(cè)和認(rèn)證。
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