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匯總 | 3D打印房屋建筑的5種主要方法 

2022-12-01 14:25
經過30多年的發(fā)展,3D打印技術日趨完善,尤其是近十年來,3D打印已被應用于大型永久性建筑,例如橋梁、避難所、房屋和辦公室。這項革命性技術具有巨大的市場潛力,在不久的將來甚至可以徹底顛覆傳統(tǒng)的建筑業(yè)。

但是你知道如何3D打印房子嗎?在本文中,我們將探討可以使用的各種技術、設備和材料。
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3D打印房屋建筑一般分為2種方式,第一種是模塊化打印再拼裝,指的是通過3D打印機制作獨立的單元,并在工廠中對模塊內部進行裝修布置,隨后運輸到現場,通過吊裝將模塊連接為建筑整體。

另外一種被稱為原位打印,直接用3D打印機在現場進行施工,先在待建房屋的空地上安裝大型建筑3D打印機,再根據房屋3D設計圖紙,一層一層擠出建筑材料進行疊加成型,與此同時還能進行其他建筑材料的安裝,最終打印整棟的房屋。

以下是使用最多的5種3D打印房屋建筑方式。

混泥土3D打印

這也是目前用于3D打印建筑物最常見的解決方案,材料的結構完整性已經得到驗證,國內外都有不少的成功案例。這一技術和常見的FDM 3D打印相同,只是材料從常見的線材換成了混泥土。

機器一般分為龍門式和機械臂式,前者是通過框架式導軌架起打印頭移動;在軌道的范圍內,通過從噴嘴中擠出混凝土材料實現逐層構建結構。例如河南太空灰打印的工廠自用值班房就是采用了這一機型。
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正在打印中的龍門式混泥土3D打印機,圖片來自:太空灰
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3D打印的門衛(wèi)值班室,圖片來自:太空灰
后者是通過改裝傳統(tǒng)的機械臂做同樣的事情,例如清華大學徐衛(wèi)國教授團隊在河北張家口打印的農宅就是所采用的機械臂3D打印機。
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正在打印中的機械臂混泥土3D打印機,圖片來自:徐衛(wèi)國
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應用混凝土3D打印技術建造的農宅,圖片來自:徐衛(wèi)國
除了以上介紹的2家公司、院校,國內還有上海盈創(chuàng),杭州冠力,三峽大學等,國外包括美國ICON,丹麥COBOD等。

砂型3D打印

這一技術往往被用于鑄造行業(yè),通過粘合劑噴射(3DP)3D打印砂型技術無需模具可直接打印砂型,制作鑄件產品。但是這一技術同樣也被用于建筑3D打印,最早是在意大利開發(fā),在非常細的層中沉積沙子,每一層再用粘合劑噴射以形成固體。
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3D打印砂型建筑的成型過程,圖片來自:Marco Ferreri Design

這個過程比混凝土3D打印更耗費人力和時間,但它的優(yōu)勢是更適合在更熱、更干燥的國家使用,例如非洲莫桑比克Kisawa Sanctuary的精美住宅,這些建筑的主體是用砂型成型的,因此白天涼爽,晚上溫暖。
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適合非洲酷熱環(huán)境的3D打印砂型建筑物,圖片來自:Kisawa

目前掌握該技術的國內企業(yè)包括寧夏共享集團,北京隆源成型,廣東峰華卓立等,但是他們還并未將這一技術應用到3D打印房屋建造。

塑料3D打印

塑料對于一般的3D打印愛好者來說是非常熟悉的,大多數人會使用PLA、ABS、TPU或PETG來制作自己的模型。如果有一臺大尺寸的3D打印機,我們同樣可以用它來打印房子,例如來自美國的建筑公司Azure Printed Homes通過使用再生塑料3D打印了一棟房屋。
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通過回收塑料3D打印的現代建筑,圖片來自:Azure Printed Homes

據報道,他們可以在24小時內打印一棟房屋,它們主要被部署在后院,作為辦公室或者住宅。其實,關鍵還在于材料,因為并非所有類型的塑料都適合打印放置在室外并暴露在自然環(huán)境中的建筑物。此前,資源庫有接觸過唯迪尚的MMLA 3D打印戶外高分子合金耗材,這類耗材可能會更適合。

廢料3D打印

前面我們提到了通過可回收的塑料進行房屋的建造,但是廢料不僅限于可回收塑料,還包括金屬、紙制品、玻璃纖維和生物廢棄物等。例如,來自意大利的WASP制作Gaia House就使用了稻米廢料,確切的說是25%生土、40%秸稈碎米、25%稻殼和10%硬石灰及水的組合。
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通過廢料3D打印的房屋,圖片來自:WASP

目前,國內尚未有通過廢料3D打印房屋的案例,但是卻有打印建筑的案例,例如新疆金風科技已使用固廢3D打印技術將退役風機葉片當材料制作景觀花壇,實現了葉片回收再利用。

粘土3D打印

粘土房屋是古代常用的一種建筑手法,而現在通過3D打印也能實現粘土造房子,不僅可以就地取材,節(jié)省成本,還非常的環(huán)保,屬于可持續(xù)生態(tài)住宅。這里還是以WASP的TECLA棲息地為例,它再次使用其模塊化Crane WASP 3D打印機,結合當地的土壤逐層打印。
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TECLA是3D打印的圓形“循環(huán)”住宅,圖片來自:WASP

據報道,最大建筑面積為50平方米,可以在幾天內建造一座大型建筑。材料由沙子、泥土、粘土和水組成,通過攪拌混合在一起,再加入到粘土3D打印機中,通過機械臂控制噴嘴,以擠出的方式構建房屋主體,隨后在陽光下干燥和硬化。

事實上,除了以上5種比較常見的3D打印房屋的方法外,來自法國的Yhnova House 3D打印住房使用了一種不一樣的方式。
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絕緣3D打印房屋,圖片來自:Bouygues Construction

通過使用BatiPrint 3D的機械臂3D打印機,直接打印出平行的絕緣聚氨酯層,然后在中間填充水泥。據了解,它的建造成本約146萬人民幣,比使用傳統(tǒng)解決方案的相同建筑便宜20%。

3D打印相比傳統(tǒng)建筑技術節(jié)約人力資源,效率高、成本低,更環(huán)保;相信隨著技術的進一步發(fā)展,制造成本將能更低,3D打印經濟型房屋將不再是一句空話。
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