瘋狂的3D

文│沈浩浩

打印建筑2014年見

2013年1月，來自荷蘭的宇宙建筑公司的荷蘭建筑師Janjaap Ruijssenaars與意大利發明家Enrico Dini一同合作，他們計劃使用砂和無機粘合劑將54個單獨的建筑模塊結合在一起，Ruijssenaars也擔心打印的沙層不能支撐整個結構，因此打算一次只打印部分建筑，組成外部輪廓，并用鋼筋混凝土加固。預計該項目需耗時約18個月，有望于2014年完工。最終的成品建筑會采用單流設計，由上下兩層構成。這個建筑被稱之為“單片式景觀別墅”。

Enrico Dini是D-Shape 3D打印機的發明人，最后他發明了世界首臺大型建筑3D打印機。3D打印技術只有25年歷史，被英國的《經濟學人》周刊評價為“與其他數字化生產模式一起，推動第三次工業革命的實現”，美國《時代》周刊已將3D打印產業列為“十大增長最快的工業”。

3D打印技術早已能實現小件物體的產品打印，比如飛機模型、DIY的家居物品等。最早在建筑領域的應用則是在建筑模型領域。由于建筑設計的日益復雜，傳統的模型制作已經不能滿足設計師的需求。在國外，快速成型技術已經成為建筑設計師不可缺失的工具。雖然許多人不愿承認，但一般來說，人們需要花費大量的時間看圖紙以了解一項建筑設計。而通過平面圖紙想像出建筑的三維形象的能力卻往往需要大量的訓練和經驗才能獲得。一個3D打印模型則可以實現在項目設計過程中實時交流想法并改進的優點，這在與客戶溝通的過程中是非常必要的。

三維數字化的研究永遠是當代建筑中的追求。日新月異的建模軟件、參數/手寫輸入的結合，讓建筑師有足夠自由，來設計空前復雜的形狀；高速的樣張打印機又能幫忙，展示其視覺效果。不過，許多設計，不可避免地停留在紙上，或只做成模型，展覽一下而已。

這種打印機的原料主要是沙子。當打印機開始工作時，它的上千個噴嘴中會同時噴出沙子和一種鎂基膠。這種特制的膠水會將沙子在24小時內粘成像巖石一樣堅固的固體，并形成特定的形狀，打印從建筑物底部開始，逐層往上，每次升高5-10毫米。一層進入固化階段后，就能在其上添加新的一層。沒有澆灑到黏結劑的砂石暫時支撐著結構，這部分材料以后可以重復使用。

工作狀態下三維打印機沿著水平軸梁和4個垂直柱往返移動，打印機噴頭每打印一層時僅形成5-10毫米的厚度。打印機操作可由電腦CAD制圖軟件操控，建造完畢后建筑體的質地類似于大理石，比混凝土的強度更高，并且不需要內置鐵管進行加固。目前，這種打印機已成功地建造出內曲線、分割體、導管和中空柱等建筑結構。

這種三維打印機制造建筑物的速度比普通建筑方法快4倍，并且減少一半的費用成本。它很少浪費材料，并且對環境十分環保，它能夠很容易地“打印”其他方式很難建造的高成本曲線建筑。 巨型3D打印機盡管尺寸龐大，結構卻非常輕盈，能方便地運送、裝配，并能由2名工人在幾小時內拆除。

新技術采用的是新材料，即砂或大理石粉塵加上無機黏結劑，后者在化學上百分之百的“環境友好”。它們混合后形成的人造砂巖經測試表明，強度和牽拉力優于硅酸鹽水泥。固化的過程，也不需要使用任何熱力來增加結構的強度。研究人員自豪地說，我們將砂石粉塵自然地變回到它們本來的狀態——石頭。

顛覆未來

新技術的意義不言而喻。它打印出來的結構實現自支持，舍棄建筑物常用的鋼材增強，這給設計師帶來無盡的設計自由。建造過程流暢，不需要模板，也是革命性的進步。要知道，模板價格昂貴，工藝繁復，用完后可能毫無用處，連丟棄都成難題。打印建筑物新工藝，應該預示著更多自由構思和自然模擬設計的出現。

美國南加州大學工業與系統工程教授比洛克·霍什內維斯一直在研究一種新工藝。這種新工藝使打印技術在不到20小時的時間內建造一幢面積230平方米的建筑。

目前，該項目獲得美國宇航局和美國軍方的支持和資助。霍什內維斯相信他的項目可以幫助全大約10億世界急需改善住房條件的人提供足夠住房。他把該工藝稱為“輪廊工藝”，并且很希望在將來某天看到成為現實。

“輪廊工藝“的概念在設計上很簡單，但是實施起來相當復雜。該工藝由一個巨型的三維擠出機械構成。它的操作很像我們見到的打印機操作原理，不過有一個明顯不同的地方：它擠出是混凝土。在”輪廊工藝“系統的擠壓頭上使用齒輪傳動裝置來為房屋創建基礎和墻壁。它的原理跟多年前使用泥造磚極為相似，建成的建筑能夠抵擋地震和其他自然災害。霍什內維斯稱使用該工藝不僅造價便宜、快速建造，而且對環境友好。因為它的建設造價和材料大幅度降低。如果你現在出去想走一家以這樣方式打印房子的公司之前，應該清楚這種工藝仍然在研發中，相當一大部分必需的機械仍然停留在設計圖紙之中。霍什內維斯和他的學生確實創造了幾種能夠建墻的原型打印機，但沒有那一種足以建造一個全尺寸的房子。