建筑

在全球范围内，3D打印房屋正在快速建造，总部位于得克萨斯州的初创公司ICON是开发中的领先者之一。在奥斯汀，东17街住宅市场上有ICON建造的3D打印房屋。这四套住宅是ICON和房地产开发商3strands的合作。ICON宣称，这是“第一批在美国出售并准备入住的3D打印房屋”。令人印象深刻的是，四栋房屋中的一栋已经售出。 每个家庭的3D打印一楼都是使用ICON的先进材料建造的，与传统建筑材料相比，这种材料更坚固、更持久。3D打印技术提供了更具弹性的房屋，这些房屋旨在抵御极端天气条件和灾难，包括火灾、洪水和强风，所有这些都在几周内建成。该公司在一份声明中表示：“3D打印技术提供了更安全、更有弹性的房屋，与传统建造的房屋相比，这些房屋能够更好地抵御火灾、洪水、风和其他自然灾害。”。 3D打印家居结构 你可能还记得，ICON的3D打印技术也被用于建造模拟火星表面栖息地。虽然这家初创公司最初是在开发经济适用房的赞助下启动的，但ICON的这个特殊的3D打印住宅项目包括75万美元的住房，这对大多数人来说是遥不可及的。在距离繁华的奥斯汀市中心3英里的一个可步行和骑自行车的社区内，德克萨斯州奥斯汀的开发区有四栋3D打印房屋；两个两居室住宅和两个四居室住宅。两居室的房产已经签订了合同，两栋四居室的房子仍在市场上。 每栋房子大约需要五到七天的打印时间，包括一个私人庭院、带顶棚的停车位、大窗户和高性能暖通空调。底层墙壁采用ICON的Vulcan建筑系统，采用波特兰水泥基材料Lavacrete建造，形成条纹表层。为了解决美学问题，每栋房子的内部都由奥斯汀的室内设计师克莱尔·津内克设计。ICON表示：“从房屋的天然结构材料、木材、金属和混凝土中汲取灵感，她选择了绿色、白色和赤土的简化调色板，以及与天然材料相匹配的固定装置。”

唉！经过几个月的工作，荷兰奈梅亨市现在拥有最长的自行车3D打印桥梁之一。该桥于9月8日落成，长29米，在圣戈班-韦伯-比米克斯的3D打印中心制造，该中心使用了多个BAM机械臂。这种结构的一个迷人特征是其设计方法——桥梁是使用参数化设计软件创建的，该软件根据应用于桥梁设计的负载（如自行车数量、行人数量、重量等）优化材料、打印时间和费用。 我们最初在四月份向您介绍了这个项目，并承诺会让您了解大桥的最新进展！就像MX3D大桥最终在阿姆斯特丹竣工一样，奈梅亨的这座大桥在几天内就在那里落成了。在开发该结构的幕后，有几个合作伙伴，包括埃因霍温理工大学（TU/e）和建筑师Michiel van der Kley，以及Summum Engineering和Wittevien+Bos，负责3D模型的参数化设计和翻译。为了简单起见，团队将大桥分解为几个3D打印块，直接在现场组装。奈梅亨市议会的Bert Velthuis说：“奈梅亨很荣幸能收到这座创新的3D打印桥梁。我们是一座桥梁之城，这座特殊的创新桥梁是一个很好的补充。这座桥通向连接：在设计和施工阶段，它连接了不同的合作伙伴，从现在起，这座桥连接了我们的居民。” 这座29米长的桥与自然完美融合，建筑师希望赋予它圆形和自然的形状。除了3D打印，这些波浪形状和自然美感是无法实现的。该团队的各个成员希望进一步采用混凝土3D打印技术，提供更多的3D打印公民结构。TU/e混凝土结构教授Theo Salet总结道：“混凝土的印刷具有巨大的增长潜力。我们使用更少的原材料，可以大幅提高施工速度。未来，我们希望使混凝土更具可持续性，并重复使用。还有很多事情要做。我也为所开发的知识如此迅速地进入行业而感到骄傲。”。

在上海宝山智慧湾科技园，一个用混凝土3D打印而成的书舱被放置了起来。由清华大学建筑学院徐卫国教授设计的弧形结构是“艺术桥空间”书店的一部分，可用于展览、学术讨论和文学交流。项目中使用的3D打印机和材料都是由团队开发的。 技术与文学文化的结合尤其令人感兴趣。事实上，已经出版了许多与增材制造有关的书籍和文章。从关于3D打印的书籍到如何实施这种生产方法的指南，以及关于由于各种公司采用该技术而在全球范围内发生的3D革命的有趣文章。文学和3D打印之间重叠的另一个例子是《沉默》一书，尽管这一次是以更实用的方式，这本书是用柔性材料3D打印的，由于页面上的浮雕盲文，盲人可以阅读。然而，这一次，我们正在仔细观察一个原始的混凝土结构，它是阅读书籍和分享文学知识的小木屋。 书摊的3D打印 该项目的开发始于这个想法的草图，后来被转移到Autodesk的Maya软件中。在那里，空间和结构被塑造，总是根据建筑的需要，以决定系统的执行。在打印之前进行编码可以完成数字文件，从而使该技术能够遵循最初想法的弯曲形状。为了建造这个小屋，徐卫国教授的团队使用了一台带有机械臂的3D打印机，可以逐层挤出混凝土。具体而言，所用材料是不需要钢筋或模板加固的混凝土。与需要更多时间、成本和材料的传统技术相比，这无疑是建筑行业增材制造的巨大优势之一。 在建筑方面，该结构采用空腔墙设计，填充隔热砂浆。建筑表面有两种纹理，第一种是最主要的层压印刷形式，另一种是在入口前的侧墙上突出织物图案的纹理。书摊总面积30平方米，可容纳15人参加各种文艺活动。在上部，有一种圆顶，允许读者进入自然光。该项目再次展示了3D技术作为一种智能建筑形式的潜力，这得益于节省了时间、材料和劳动力，此外还允许比其他传统方法更复杂和不规则的形状。

爱达荷大学的一个跨学科研究团队获得了400万美元的资助，用于开发将爱达荷州木材废料转化为更可持续的建筑材料的技术。最终目标是将该材料用于3D打印建筑行业。该团队将在2025年前获得资金，并寻求开发和测试增材制造工艺，以及设计可用于建筑行业的3D打印机。 该项目的资金由美国国家科学基金会（NSF）的EPSCoR研究基础设施改善计划提供，这进一步证明了美国大学在可持续建筑项目方面的领导作用。我们发现它特别有趣，因为尽管近年来建筑3D打印越来越受欢迎，特别是由于它作为一种更可持续的建筑方法的潜力，尽管大多数项目都是基于挤压的，使用混凝土。这一直备受争议，因为尽管3D打印是减少材料浪费的关键技术，但混凝土本身实际上并不是一种非常可持续的材料。事实上，尽管在过去十年左右的时间里，人们一直在努力减少其碳足迹，但根据查塔姆研究所的数据，2018年，它是世界上约8%的二氧化碳排放源。 作为该项目的一部分，该团队正在开发一种新的先进3D打印技术，该技术在许多方面似乎与粘合剂喷射相似。这一过程将使用粘合剂，尽管他们将把粘合剂与木材市场不使用的木纤维结合起来，而不是传统的粉末。这将包括来自工厂和木材加工厂的废木材和锯末。这意味着，它不仅因使用的材料和方法而与其他项目不同。如今，大多数3D打印施工方法都使用挤压技术。 多年的3D打印技术项目预计将对爱达荷州快速增长的建筑业产生积极影响，因为它将解决该行业的废物问题。根据美国能源信息署的数据，仅该行业就产生了全球60%的废物，这意味着找到真正可持续的建筑方法可能会对气候变化产生重大影响。或者，正如该项目负责人Michael Maughan助理教授总结的那样：“我们正在开发一种新的复合材料，大规模使用完全基于生物的资源。有了这项技术，房屋和商业建筑的制造方式可以完全不同。我们可以克服气候变化，减轻对环境的影响，更好地利用我们拥有的自然资源。”。

通常，当我们谈论3D打印和建筑时，它与现在许多用3D打印墙壁建造的建筑有关。在房屋、商店、办公室甚至学校之间，有无数将3D打印与建筑行业相结合的举措。现在，另一家公司最近登上了新闻。先进的智能建筑技术，也被称为AICT，已经在中国深圳用他们的机器用3D打印的混凝土结构和其他物体装饰了一个公园。 根据AICT的数据，该公园的表面积为5523平方米，拥有2000多个3D打印元素。其中包括雕塑、长椅、花坛、挡土墙和路缘石，这些都装饰着这个巨大的绿地。清华大学建筑学院教授徐卫国负责该项目。他解释了他和他的团队选择增材制造的原因，他说：“3D打印混凝土施工技术作为智能施工的一种形式，具有很大的优势。与钢筋混凝土相比，3D打印相对便宜，因为建筑模拟阶段会提前解决技术问题，并提出最佳的施工方法。”，顺便说一句，这不是魏国教授的第一个3D打印项目，他还在上海用混凝土3D打印建造了一个书舱。 更可持续的施工方法 生态因素是该项目背后的人们选择增材制造的额外动力。与传统混凝土不同，3D打印混凝土不需要任何模板，模板通常由木材制成，使用后丢弃。AICT开发的一种据说由50%的沙子组成，可以在当地获得，从而减少了环境足迹和运输成本。此外，3D打印只允许在需要的地方打印混凝土，只使用所需的材料量。 除了是一种环保的施工方法外，增材制造也比传统方法更快、更实惠。与钢筋混凝土相比，3D打印混凝土的成本要低得多，尤其是因为模拟阶段，可以提前解决技术问题，并找到最佳施工方法。最后，AICT表示，它可以用6轴机械臂在几周内而不是几个月内建造一栋中等大小的房子。事实证明了这一点，他们声称在短短2.5个月内就设计了公园里的2000个零件。无论如何，看到增材制造被用于装饰公共空间是个好兆头，这意味着这项技术正逐渐变得更加民主。

建筑业的可持续发展已成为全球的当务之急，敦促该行业寻求创新的解决方案，以减少其对环境的影响。RENCA是建筑中用于3D打印的可持续地质聚合物材料的先驱，通过使用零水泥地质聚合物3D打印砂浆建造世界上第一座3D打印地质聚合物房屋，实现了一个突破性的里程碑。随着建筑业的可持续性日益受到全球关注，建筑3D打印正成为一种减少环境影响的有前景的解决方案。地质聚合物是一种无机材料，通常通过将铝硅酸盐源材料与碱性活化剂相结合而产生，从而产生耐用、环保的材料，其性能类似于水泥基材料，但具有更高的机械强度和减少的碳足迹。不含硅酸盐水泥、石灰或石膏的地质聚合物材料比传统的水泥基替代材料具有高达90%的可持续性，是环保建筑的理想选择。 RENCA的地质聚合物材料之旅始于2015年，从那时起，他们已经开发了300多种用于各种应用的产品，解决了不同行业的环境问题。RENCA与Strong Print 3D和Geopolymer International合作，克服了美国西部恶劣沙漠环境的挑战，成功地用他们的地质聚合物砂浆3D打印了一个完整的房屋结构。 建筑3D打印吸引了建筑行业的想象力，提供了前所未有的设计自由度，减少了材料浪费。然而，现有3D打印砂浆中使用的波特兰水泥的二氧化碳排放一直令人担忧。真正的基于地质聚合物的砂浆和混凝土为建筑3D打印提供了许多优势，如快速凝固时间、高强度和层间优异的化学粘附性，允许连续打印而不中断。 这种材料具有卓越的耐火性和耐腐蚀性，适用于广泛的应用。它们的环保性质，在制造和使用工业副产品过程中排放的二氧化碳更少，进一步增加了它们的吸引力。虽然地质聚合物砂浆需要特定的混合程序和分批混合系统，但RENCA正在进行的研发旨在引入一种用于连续搅拌机的单组分地质聚合物砂浆和一种2K系统，以直接控制3D打印机喷嘴的凝固时间，增强灵活性和适应性。 RENCA在3D打印地质聚合物房屋方面的成就标志着朝着推广可持续建筑材料和方法迈出了重要一步，为所有人创造更清洁、更安全的未来铺平了道路。地质聚合物3D打印砂浆具有彻底改变建筑实践的潜力，为更环保、更高效的建筑行业带来了希望。

根据许多估计，到2030年，世界将面临严重的住房短缺。随着全球人口的增长，越来越难以获得建筑许可证和必要的环境标准，许多国家正在寻找解决这一世界性问题的方法。非洲也不例外。在肯尼亚，为了限制这种短缺的影响，可持续建筑解决方案的全球领导者豪瑞和英国政府的影响力投资者CDC集团的合资公司14Trees决定启动非洲最大的3D打印经济适用房项目。这个名为Mvule Gardens的社区将由52栋使用增材制造建造的房屋组成。 这不是14Trees第一次在非洲使用技术。就在几个月前，也就是今年夏天早些时候，该公司3D打印了马拉维的一所学校，以解决这个非洲国家巨大的教室赤字问题。Mvule Gardens位于肯尼亚Kilifi镇，是“四大”计划的一部分，旨在增加经济适用房。豪瑞首席执行官Jan Jenisch评论道：“我们很高兴能够在肯尼亚建造世界上最大的3D打印经济适用房项目之一。随着当今快速的城市化，预计到2030年，将有超过30亿人需要经济适用房。”。这个问题在非洲最为严重，像肯尼亚这样的国家估计已经面临200万套住房的短缺。 14Trees的3D打印社区 为了建造这52栋房屋，14Trees正在使用著名的3D打印和建筑公司COBOD提供的BOD2打印机。COBOD的3D打印机已经使用过多次，在德国建造了一栋三层楼的建筑，在美国也建造了几栋房屋。它能够建造10米长和10米宽的结构，BOD2也是限制环境破坏的可行替代方案。根据14Trees的数据，碳足迹将减少50%。 就材料而言，选择了豪瑞开发的最新材料系列之一。它被称为TectorPrint，为印刷墙提供支撑房屋荷载所需的强度。这种3D打印的干砂浆也有助于减少项目的环境足迹。与马拉维学校的建设一样，14Trees正在通过增材制造帮助面临住房和基础设施短缺的国家。

Black Buffalo 3D是一家专门从事建筑行业增材制造的公司。几年来，该公司一直致力于为需求苛刻的市场开发3D打印机和材料，在这个市场中，环境影响越来越负面。如果你关注3D打印新闻，你会意识到3D技术给建筑带来的所有优势：降低成本、减少混凝土用量、减少劳动力、更大的几何自由度等。仍有许多挑战需要克服，但最近的创新表明我们正走在正确的轨道上。为了了解这些最新进展以及它们可能如何影响这个行业，我们会见了Black Buffalo 3D Corporation的首席执行官/首席运营官Michael Woods。该公司正致力于通过使用定制的混凝土挤压技术来减少建筑对环境的影响。 3DN：你能介绍一下你自己以及你是如何发现AM的吗？ Black Buffalo 3D是总部位于韩国的HN股份有限公司（前现代BS&C）的子公司。近十年来，他们一直参与传统建筑的开发和智能基础设施的创建，并看到了将AM技术应用于建筑项目的潜力。几年前，他们收购了一家3D建筑打印制造商Hisys，扩大了建筑业务。 Black Buffalo 3D成立于2020年，是该业务的全球加速器。自那以后，我们在美国拥有自己的工厂，研发团队致力于设备设计、材料科学和可持续发展。我们的团队还投资了近一年的时间，与ICC-ES合作改写了AC-509的标准，将多层3D打印墙包括在内，并与领先的水泥公司合作完善了我们专有的混凝土墨水。我们还致力于超越废物减少，测试更可持续的结构油墨，以对使建筑业成为更环保的行业产生更大的影响。 我们的市场方法经过了仔细和计算，重点是证明我们3D打印建筑的可行性，以发展我们的业务，并为公司、国家和社会创造更大的机会，以比传统方法更有效地创建急需的基础设施，减少对环境的影响。 3DN：黑水牛3D的主要任务是什么？ Black Buffalo 3D将创新并引领可持续建筑解决方案行业。我们希望有一天能在每个工地上看到3D打印机或3D打印组件，就像你经常看到成堆的木材、水泥卡车或其他类型的重型机械一样。我们希望看到3D建筑打印机使建筑方法现代化，并帮助推广更环保、更自动化的建筑方法，无论是桥梁、隧道、经济适用房还是更好的防灾准备。我们将通过3D建筑打印机的教育、销售、分销和培训，支持在全球范围内高效创建这一基础设施，为行业资深人士和下一代建筑商创造新的贸易和更多机会。 3DN：为什么在建筑行业使用3D打印有意义？ 3D结构打印允许操作员按需打印所需的组件。无论是整个建筑，还是传统的预制件或模块件，承包商都可以通过在项目现场或附近使用3D打印来大大降低环境影响和效率。由于材料过剩，建筑工地产生了大量废物，送货车排放了大量废气，3D打印可以避免与供应链和物流相关的挑战。我们印刷网站上唯一的浪费是在印刷工作完成后清理机器上多余的材料。我们已经在研究如何通过使用配送系统中的额外材料来制作装饰件来完全消除浪费。3D建筑打印机的可持续性与效率的提高相结合，将使更多的项目能够在较低的环境影响下完成。黑水牛3D建筑打印机将有助于建造比传统建筑方法更好、更快的建筑。 3DN：你能告诉我们更多关于黑水牛3D的工艺、材料和软件吗？ 我们的打印机采用龙门架设计，与其他类型的3D打印机相比，可以打印更大的脚印，精度和速度更高。目前，我们正在使用一种专有的水泥基油墨，该油墨经过了严格的不利条件测试，以确保其在几乎所有环境中都是安全的。在不久的将来，它将作为Black Buffalo 3D水泥墨水通过我们的分销合作伙伴销售和提供，作为我们众多产品之一。我们的研发团队还与几家公司合作，致力于开发可用于不同应用的新型结构和非结构可持续油墨。在接下来的6-8个月里，我们将有更多关于这方面的内容。我们的软件和控制器也是定制的，并包含在每台打印机中。 3DN：你还面临哪些挑战？ 一年多来，我们一直致力于将我们的原型转变为商业上可行的产品，并确保在现实世界条件下进行外部测试。现在我们到了那里，我们可以反思供应链和物流挑战如何迫使我们放慢时间表，并发挥创造力以跟上进度。目前，我们对即将推出的打印机型号进行了大量投资，并大规模生产水泥油墨，使其在世界各地都能使用。我们很幸运有一些优秀的合作伙伴将帮助生产和分销，但目前我们最大的挑战是创造足够的打印机和水泥墨水来满足需求。 3DN：黑水牛3D的未来项目是什么？ Black Buffalo 3D将在未来几个月公开更多关于其打印机和项目的信息。我们在韩国的姐妹公司和在美国的团队正在大力投资3D建筑打印的未来，以使每个人都能更容易地获得负担得起的住房和3D打印基础设施。

由于建筑和环境问题是当今3D打印的核心，总部位于美国的Azure Printed Homes开发了一种解决方案来解决这两个问题。在加利福尼亚州卡尔弗市，该公司宣布开设其15000平方英尺的新工厂，该工厂将容纳Azure Printed Homes定制的3D打印机。凭借他们的技术，这台机器能够用回收塑料建造大型结构和建筑，如房屋或花园工作室。旨在改变施工方法的环保制造工艺。 Azure Printed Homes希望通过其流程和3D打印机，最大限度地减少垃圾填埋场的垃圾量，不幸的是，这些垃圾经常会流入海洋。该公司联合创始人吉恩·艾德尔曼（Gene Eidelman）介绍了他的动机：“建筑业是全球最大的原材料消费国，约占世界总碳排放量的20%。我们对客户和子孙后代的责任是使用可以想象的最可持续的做法。”，Azur Printed Homes似乎有解决方案。 Azure打印房屋技术的好处 据该公司称，其技术将比传统方法快70%，施工成本将降低30%。Azure Printed Homes的联合创始人罗斯·马奎尔（Ross Maguire）表示，“我们不仅利用了3D打印的进步，还创造了一种只需12小时就能完成的设计和工艺，从而提高了生产效率。”他还解释说，他想通过增材制造彻底改变建筑工艺，自动化和精确的生产流程。这也是因为与传统方法不同，Azure能够以很小的时间和成本生产整个结构骨架、外部护套、水控制屏障、外部饰面、公用设施通道和内部饰面的接地。 目前，Azure Printed Homes尚未开始打印全尺寸房屋，但计划在2023年前启动第一个项目。然而，该公司目前正在接受附属住宅和花园工作室的预购。与这家总部位于加州的公司开发的解决方案类似，一些将环境与建筑相结合的举措正在出现。例如，就在最近，厄瓜多尔的Cacao生态村宣布成立。在这个项目中，Valentino Gareri工作室试图用可可废料建造住宅。

虽然我们现在已经习惯于看到3D打印的房屋、桥梁甚至快闪店，但据我们所知，还没有一座宗教建筑是使用增材制造设计的。尽管这一切即将改变，但根据加利福尼亚州的最新消息，教堂可能很快就会3D打印出来。或者至少，订单已经下达，施工本身应该很快就会开始。加利福尼亚湖社区教堂与美国Don Ajamian Construction公司和3D打印公司Emergent 3D签订了建造教堂的合同。建筑业和增材制造业都是第一。 在评论此举背后的原因时，加州湖社区教堂的粉彩师Jim Laxson解释道：“我们已经尝试建造一座教堂20年了，现在，通过3D打印，我们将能够更经济地建造它。”Don Ajamian当然同意，尽管他认为增材制造的好处不仅仅是建筑成本的降低。事实上，3D打印的内墙被设计成通过将声波直接引导到观众身上来提供完美的声学效果。如此之多，以至于根据阿贾米安的说法，牧师将不需要麦克风来向全体听众讲话，我认为在一个即使在遥远的座位上也必须向许多人讲话的教堂里，我们都可以同意这一好处。 为什么选择3D打印？ 如前所述，加州湖社区教会聘请Emergent 3D的一个重要原因是为了最大限度地降低施工成本。我们可以说，这种选择确实得到了回报。不同的团队解释说，他们节省了大约10%的成本，尤其是在使用建筑材料方面。为了打印教堂，两家公司表示，他们使用了COBOD的3D解决方案，这些解决方案经常用于大幅面建筑3D打印项目。 通过增材制造，参与该项目的各方也希望实现显著的时间节约，帮助他们比传统的施工方法更快地实现这一长期以来的梦想。Don Ajamian进一步解释道：“例如，我不需要带一群灰泥工人把东西放在外面，也不需要在上面放墙板。我不需要让一群干墙工人来干墙内墙。从字面上看，当这些东西被打印出来时，那堵墙就完成了，而不是油漆。”尽管目前只完成了场地平整，据两家公司称，3D打印预计将于2022年夏天开始。