你的下一套住宅，可能来自3D打印

图/东方IC

在以运河闻名的荷兰，桥梁很常见。但有四座桥尤为奇特：它们每座长约8 米，且都是由一台大型3D 打印机用混凝土“打印”而成的。这样建成的桥梁属世界首次，其在2017 年10 月17 日在荷兰南部小镇海默特横空出世。

从桌面到建筑工地，3D 打印作为技术革命的一部分，实现了将塑料和其他材料挤出并制成实心物体的目标。2017 年以来，美国、欧洲和亚洲的几家公司已经“打印”了公交车站候车亭和会议厅隔断，甚至是整个住宅。

而在未来，3D 打印应用不仅限于建筑界，在医疗、文物修复、航天等领域，3D 打印也将大展拳脚。

建筑业的“多面手”

3D建筑打印机的工作原理很像家庭办公室的喷墨打印机，只不过它们吐出的不是墨水，而是混凝土。

喷嘴在轨道上来回运行，由计算机控制挤压模式，这样就可以在需要的地方精确地铺设一层1 英寸（1 英寸=2.54 厘米）厚的混凝土（或钢铁、或其他材料）。当缓慢移动的喷嘴到达其路径的末端时，这一层通常已经硬化，刚好可以在第一层的顶部再铺上一层。一层又一层，一面家庭所需的墙就被建造起来了。通过精确的沉积图案，喷嘴还可以为窗户、门、公用设施管道和其他设计及结构留出空间。

《科学美国人》报道称，3D 打印建筑明显的优点之一是速度快。建造一座46.45 平方米的单层住宅大约只需24 小时的打印时间。

ICON 公司是美国得克萨斯州一家专注于3D 打印建筑的公司，其联合创始人兼首席执行官杰森·巴拉德表示：“3D 打印机在建筑房子的同时，会考虑到其结构、隔热层、墙板、内外表面处理以及管道系统。”而在一般情况下，“这通常需要来自五六个不同行业的20 多个人工作好几天的时间”。

此外，3D 打印建筑也减少了浪费。据报道，一个典型的住宅建筑工地会产生4 吨左右的垃圾。由于常规楼板施工中使用的混凝土是均匀应用的，无论是否需要在特定区域进行结构支撑，它都会被浪费大约一半的量。这对环境的破坏尤为严重，因为水泥作为混凝土的主要成分，其生产过程中排放的二氧化碳约占我们二氧化碳排放量的7%。相比之下，3D 打印机可以非常精确地改变结构的厚度，只在真正需要的地方使用混凝土，这一过程被称为拓扑优化。

打印出来的结构具有数字化是3D 打印的另一个优点。这意味着在电脑上呈现的设计可以直接转换成打印机的指令。这就省去了将设计转换成图纸的需要，进而减少不必要的错误和麻烦，从而节约成本、减少延误。

数字化还有一个额外的好处，那就是消除了设计创意的障碍。建筑师可以更低的成本提供订制或半订制设计，而无须费心培训他人来执行计划。

技术仍处早期阶段

目前，3D 打印建筑的技术仍处于早期阶段，要扩大3D 打印建筑的规模，需要在技术和监管方面做更多的工作。对于前者，从业者还没有找到一种从印刷机上加固混凝土的有效方法。在传统建筑中，这是通过铺设钢筋来完成的。

荷兰埃因霍温理工大学的结构工程师西奥·萨莱特认为，对于3D 打印建筑最大的愿景是在将来有新的混凝土配方，或是新的可挤压材料，无须钢筋就足够坚固。例如，环氧树脂就是一个潜在的候选者，它是一种聚合物，目前用于制造建筑中的黏合剂和涂料。

3D 打印房屋质量检查的指导方针和施工程序规则也需要敲定，西奥·萨莱特警告说，如果没有经验、粗心大意的建筑商接触到打印机，他们的建筑可能会有倒塌的危险。

如今，3D 打印建筑是一件“不起眼的大事”，低调且低成本。

例如，ICON 打印了一套位于美国得克萨斯州奥斯汀市的住宅，为家庭设计，成本为1 万美元。然后，该公司还计划将一台打印机带到拉丁美洲，在那里建造50 座低成本住宅。

与此同时，西奥·萨莱特即将开始在阿姆斯特丹建造一座15 米高的桥，同时还将与人合作，在荷兰建造数座住宅。

《科学美国人》报道称，虽然这项技术仍处于早期阶段，但商业级3D 打印建筑机可能会在未来十年从根本上改变建筑业。专家认为，它们可以将施工时间缩短一半，降低多达33%的成本，并提供更环保、更坚固的设计，还有更大的订制空间。

根据美国北极星市场研究公司的数据，随着这项技术的发展，预计到2026 年，全球3D 打印建筑市场将从2019 年的460 万美元扩大到149 亿美元。

未来将有更多可能

除了打印建筑，3D 打印机还能制造什么？答案是：小到精密的零件、饼干、模具、衣服，大到医疗器械、工业装备甚至汽车、火箭……都可以制造出来。因此，有人会说，在未来，一台3D 打印机几乎可以创造一个世界。

比如，通过扫描获取三维数据、通过电脑编程，将模型导入打印机，一个与真肺一模一样的肺部模型就可以从3D 打印机里打印出来。2020 年6 月，贵州省人民医院胸外科首次利用3D 打印技术完成了三维模型下的精准肺段切除术。这一模型不仅精准再现了病人肺部的病灶位置，甚至连每根血管都栩栩如生。医疗器械、器官模型、可植入人体的仿生组织……3D 打印擅长塑造各种细节的优势刚好满足了医学领域对各类模具的高标准需求。

不仅是医疗，3D 打印的这一特性，也很适合应用在文物复制和修护上。前段时间，位于山西大同的云冈石窟被“搬”到了千里之外的浙江杭州。在浙江大学艺术与考古博物馆，全球首个可移动3D 打印石窟——云冈石窟“音乐窟”原样再现了原洞窟的风采以及千余年来风化留下的细微痕迹。借助数字化采集，制造者对原洞窟进行了1 ∶1 复制，用轻型材料打印出110 块模型，再像搭积木一样组装成现在的复制石窟。由于是复制品，参观者不仅可以身处其中细细观赏，还可以伸手触摸，可谓过足了瘾。

除了擅长精巧细微的“绣花功夫”，3D 打印未来也将在航空航天领域大展身手。不管是制造快速成型、单件定制的航天设备零部件，还是复杂结构件和大型异构件，3D打印都是理想的技术手段。