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，在醫療、文物修復、航天等領域，3D 打印也將大展拳腳。

建筑業的“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，其聯合創始人兼首席執行官杰森·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。”而在一般情況下，“這通常需要來自五六個不同行業的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域進行結構支撐，它都會被浪費大約一半的量。這對環境的破壞尤為嚴重，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化。

打印出來的結構具有數字化是3D 打印的另一個優點。這意味著在電腦上呈現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 打印建筑的規模，需要在技術和監管方面做更多的工作。對于前者，從業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，但商業級3D 打印建筑機可能會在未來十年從根本上改變建筑業。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，大到醫療器械、工業裝備甚至汽車、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了病人肺部的病灶位置，甚至連每根血管都栩栩如生。醫療器械、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的優勢剛好滿足了醫學領域對各類模具的高標準需求。

不僅是醫療，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。