汇总 | 3D打印房屋建筑的5种主要方法 

3D打印应用 /[建筑]
发布时间: 2022-12-01 14:25
经过30多年的发展,3D打印技术日趋完善,尤其是近十年来,3D打印已被应用于大型永久性建筑,例如桥梁、避难所、房屋和办公室。这项革命性技术具有巨大的市场潜力,在不久的将来甚至可以彻底颠覆传统的建筑业。

但是你知道如何3D打印房子吗?在本文中,我们将探讨可以使用的各种技术、设备和材料。
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3D打印房屋建筑一般分为2种方式,第一种是模块化打印再拼装,指的是通过3D打印机制作独立的单元,并在工厂中对模块内部进行装修布置,随后运输到现场,通过吊装将模块连接为建筑整体。

另外一种被称为原位打印,直接用3D打印机在现场进行施工,先在待建房屋的空地上安装大型建筑3D打印机,再根据房屋3D设计图纸,一层一层挤出建筑材料进行叠加成型,与此同时还能进行其他建筑材料的安装,最终打印整栋的房屋。

以下是使用最多的5种3D打印房屋建筑方式。

混泥土3D打印

这也是目前用于3D打印建筑物最常见的解决方案,材料的结构完整性已经得到验证,国内外都有不少的成功案例。这一技术和常见的FDM 3D打印相同,只是材料从常见的线材换成了混泥土。

机器一般分为龙门式和机械臂式,前者是通过框架式导轨架起打印头移动;在轨道的范围内,通过从喷嘴中挤出混凝土材料实现逐层构建结构。例如河南太空灰打印的工厂自用值班房就是采用了这一机型。
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正在打印中的龙门式混泥土3D打印机,图片来自:太空灰
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3D打印的门卫值班室,图片来自:太空灰
后者是通过改装传统的机械臂做同样的事情,例如清华大学徐卫国教授团队在河北张家口打印的农宅就是所采用的机械臂3D打印机。
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正在打印中的机械臂混泥土3D打印机,图片来自:徐卫国
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应用混凝土3D打印技术建造的农宅,图片来自:徐卫国
除了以上介绍的2家公司、院校,国内还有上海盈创,杭州冠力,三峡大学等,国外包括美国ICON,丹麦COBOD等。

砂型3D打印

这一技术往往被用于铸造行业,通过粘合剂喷射(3DP)3D打印砂型技术无需模具可直接打印砂型,制作铸件产品。但是这一技术同样也被用于建筑3D打印,最早是在意大利开发,在非常细的层中沉积沙子,每一层再用粘合剂喷射以形成固体。
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3D打印砂型建筑的成型过程,图片来自:Marco Ferreri Design

这个过程比混凝土3D打印更耗费人力和时间,但它的优势是更适合在更热、更干燥的国家使用,例如非洲莫桑比克Kisawa Sanctuary的精美住宅,这些建筑的主体是用砂型成型的,因此白天凉爽,晚上温暖。
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适合非洲酷热环境的3D打印砂型建筑物,图片来自:Kisawa

目前掌握该技术的国内企业包括宁夏共享集团,北京隆源成型,广东峰华卓立等,但是他们还并未将这一技术应用到3D打印房屋建造。

塑料3D打印

塑料对于一般的3D打印爱好者来说是非常熟悉的,大多数人会使用PLA、ABS、TPU或PETG来制作自己的模型。如果有一台大尺寸的3D打印机,我们同样可以用它来打印房子,例如来自美国的建筑公司Azure Printed Homes通过使用再生塑料3D打印了一栋房屋。
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通过回收塑料3D打印的现代建筑,图片来自:Azure Printed Homes

据报道,他们可以在24小时内打印一栋房屋,它们主要被部署在后院,作为办公室或者住宅。其实,关键还在于材料,因为并非所有类型的塑料都适合打印放置在室外并暴露在自然环境中的建筑物。此前,资源库有接触过唯迪尚的MMLA 3D打印户外高分子合金耗材,这类耗材可能会更适合。

废料3D打印

前面我们提到了通过可回收的塑料进行房屋的建造,但是废料不仅限于可回收塑料,还包括金属、纸制品、玻璃纤维和生物废弃物等。例如,来自意大利的WASP制作Gaia House就使用了稻米废料,确切的说是25%生土、40%秸秆碎米、25%稻壳和10%硬石灰及水的组合。
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通过废料3D打印的房屋,图片来自:WASP

目前,国内尚未有通过废料3D打印房屋的案例,但是却有打印建筑的案例,例如新疆金风科技已使用固废3D打印技术将退役风机叶片当材料制作景观花坛,实现了叶片回收再利用。

粘土3D打印

粘土房屋是古代常用的一种建筑手法,而现在通过3D打印也能实现粘土造房子,不仅可以就地取材,节省成本,还非常的环保,属于可持续生态住宅。这里还是以WASP的TECLA栖息地为例,它再次使用其模块化Crane WASP 3D打印机,结合当地的土壤逐层打印。
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TECLA是3D打印的圆形“循环”住宅,图片来自:WASP

据报道,最大建筑面积为50平方米,可以在几天内建造一座大型建筑。材料由沙子、泥土、粘土和水组成,通过搅拌混合在一起,再加入到粘土3D打印机中,通过机械臂控制喷嘴,以挤出的方式构建房屋主体,随后在阳光下干燥和硬化。

事实上,除了以上5种比较常见的3D打印房屋的方法外,来自法国的Yhnova House 3D打印住房使用了一种不一样的方式。
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绝缘3D打印房屋,图片来自:Bouygues Construction

通过使用BatiPrint 3D的机械臂3D打印机,直接打印出平行的绝缘聚氨酯层,然后在中间填充水泥。据了解,它的建造成本约146万人民币,比使用传统解决方案的相同建筑便宜20%。

3D打印相比传统建筑技术节约人力资源,效率高、成本低,更环保;相信随着技术的进一步发展,制造成本将能更低,3D打印经济型房屋将不再是一句空话。
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