從荷蘭建筑師耗時(shí)3年3D打印的水岸房屋，到盈創(chuàng)建筑科技在蘇州3D打印的別墅和公寓，再到土豪迪拜即將打造的3D打印未來(lái)博物館……建筑行業(yè)正在使用3D打印技術(shù)改變著世界。
3D打印在建造房屋、橋梁等大型項(xiàng)目領(lǐng)域的潛力到底是什么？其實(shí)答案并不神秘，3D打印技術(shù)自由造型的技術(shù)特點(diǎn)打開(kāi)了其在建筑領(lǐng)域應(yīng)用的神奇之旅，那就是實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)制造技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的從力學(xué)到聲學(xué)再到美學(xué)的綜合。
3D打印技術(shù)可以為建筑物外墻添加更多的隔熱材料，或者為樓梯間添加更多增強(qiáng)材料；使用3D打印技術(shù)建造房屋，還可以在打印建筑物結(jié)構(gòu)時(shí)直接將水管、電路等管線(xiàn)直接預(yù)留出來(lái)……那么，3D打印在建筑學(xué)上的風(fēng)向標(biāo)指向何處？
左手力學(xué)，右手聲學(xué)，往前看是美學(xué)
力學(xué)：通過(guò)3D打印，建筑師們能夠合理的預(yù)估損耗，并且減少運(yùn)輸環(huán)節(jié)的花費(fèi)。材料也可以用環(huán)保的可回收材料。
世界上最大的工程顧問(wèn)公司之一奧雅納通過(guò)拓?fù)鋬?yōu)化和選擇性激光熔化3D打印技術(shù)，打印出復(fù)雜的鋼結(jié)構(gòu)件，并使用這些鋼結(jié)構(gòu)件將鋼筋連接在一起，以此z支撐出龐大的建筑物，整個(gè)項(xiàng)目比使用傳統(tǒng)建筑技術(shù)節(jié)約了四分之一的建筑材料。
聲學(xué)：通過(guò)物體形狀的設(shè)計(jì)來(lái)為各種空間創(chuàng)建聲學(xué)解決方案的應(yīng)用前景十分廣闊。而3D打印，非常適合針對(duì)這方面的問(wèn)題創(chuàng)造出獨(dú)特和定制化解決方案。聲學(xué)深刻影響了我們對(duì)于空間的有意識(shí)意識(shí)或無(wú)意識(shí)的看法，并在同時(shí)構(gòu)成了建筑的重要性能指標(biāo)。
荷蘭的設(shè)計(jì)師就通過(guò)一組物理測(cè)試，衡量和理解不同的幾何形狀和材料特性所能夠?qū)е碌穆晫W(xué)后果。然后，從對(duì)測(cè)量結(jié)果的分析推導(dǎo)出聲音吸收裝置的設(shè)計(jì)規(guī)則，最后通過(guò)參數(shù)化建模將其融入到設(shè)計(jì)過(guò)程中。這些3D打印的聲音吸收裝置就像是安置在空間里的有機(jī)結(jié)構(gòu)，“出現(xiàn)”在需要吸收聲音的地方，根據(jù)所處空間的聲學(xué)需求和標(biāo)準(zhǔn)用來(lái)調(diào)節(jié)聲學(xué)性能。
美學(xué)：來(lái)自北京Silk Project空間實(shí)驗(yàn)室的“蠶絲”水泥涼亭就為世界呈現(xiàn)了一場(chǎng)驚艷的3D打印建筑美學(xué)盛宴。設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)了獨(dú)特的三角美學(xué)裝飾結(jié)構(gòu)，然后將模型轉(zhuǎn)為G代碼以方便3D打印時(shí)候系統(tǒng)讀取路徑。打印完成后，改項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)將這個(gè)看似簡(jiǎn)單，實(shí)際復(fù)雜而且十分細(xì)膩的藝術(shù)品搭建起來(lái)，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和特殊的工藝使得這個(gè)涼亭建筑不但美觀且十分結(jié)實(shí)可靠。
改進(jìn)，條條大路通羅馬
對(duì)于建筑師來(lái)說(shuō)常見(jiàn)的3D打印機(jī)尺寸相對(duì)于龐大的建筑物來(lái)說(shuō)十分有限，那么建筑師們又是如何通過(guò)3D打印技術(shù)來(lái)建造房子呢？聰明的制造商的方法還真不少。
在原有的基礎(chǔ)上改進(jìn)：荷蘭建筑師歷時(shí)3年打造水岸房屋的過(guò)程中，突破打印機(jī)尺寸的限制也是建筑師們處理的頭等問(wèn)題。他們是怎么做的呢？其實(shí)就是在現(xiàn)有打印技術(shù)的基礎(chǔ)上改造出高達(dá)6m的3D打印機(jī)，這樣可以打印出形狀復(fù)雜的塑料墻板，還可以在其中填充水泥。
化整為零，走拼裝路線(xiàn)：再拿國(guó)內(nèi)的盈創(chuàng)建筑科技來(lái)說(shuō)，他們擁有的大型建筑打印機(jī)可以使用液體水泥打印墻板，并在打印完成后組裝成完整的建筑物結(jié)構(gòu)。
讓軟件做主：而荷蘭MX3D公司則通過(guò)軟件驅(qū)動(dòng)3D打印機(jī)器人的技術(shù)幾乎可以打印出一塊完整的建筑結(jié)構(gòu)。他們將在2017年3D打印工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)河的兩端向中間一次性打印完成一座橋梁。這項(xiàng)技術(shù)可以用來(lái)緊急修復(fù)災(zāi)區(qū)受損的橋梁，為救災(zāi)搶險(xiǎn)爭(zhēng)取寶貴的時(shí)間。
如此說(shuō)來(lái)，如下圖一樣集時(shí)尚、實(shí)用、環(huán)保于一體的3D打印別墅，說(shuō)不定哪天就來(lái)到我們身邊。
挑戰(zhàn)，亦是機(jī)遇
3D打印在建筑行業(yè)還處在探索階段，可以預(yù)見(jiàn)，要實(shí)現(xiàn)這樣技術(shù)的普及還有不少的挑戰(zhàn)要克服。
3D打印建筑是否堅(jiān)固耐用恐怕是人們最關(guān)注的問(wèn)題。建筑物和3D打印技術(shù)都要求材料具有特別屬性，例如，水泥是常用的3D打印建筑材料，因?yàn)樗梢砸砸后w的形式存在，并且非常堅(jiān)固。然而事情都有兩面性，水泥材料良好的抗壓縮性能讓抗拉伸能力較弱成為這種材料的弱點(diǎn)。在普通建筑物的水泥板中通常是添加鋼筋來(lái)增強(qiáng)其抗拉伸性能。
挑戰(zhàn)及機(jī)遇，為此，國(guó)際建筑行正通過(guò)各種不同方式來(lái)探索解決的辦法。例如，在3D打印水泥材料中添加纖維來(lái)增強(qiáng)材料的抗拉伸能力。有的建筑師和工程師還通過(guò)在3D打印水泥材料的同時(shí)打印出水泥中的鋼筋嘗試解決這個(gè)問(wèn)題。英國(guó)的建筑學(xué)專(zhuān)家則通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，分析打印層、速度、方向怎樣影響建筑物的最終強(qiáng)度，有助于結(jié)構(gòu)工程師調(diào)整思路，讓建筑物的設(shè)計(jì)更加適應(yīng)3D打印的建造方式……
圖：麻省理工3D打印的磚頭骨架
除了之外，麻省理工大學(xué)亦另辟蹊徑，使用3D打印出建筑用的磚頭骨架，并將植物大麻和石灰石粉材料填充到骨架中。在設(shè)計(jì)磚頭骨架和房屋時(shí)，房中的管線(xiàn)已被預(yù)留好，然后再使用這些磚頭來(lái)建造房子。比起完全使用鋼筋混凝土來(lái)建造房子，這種獨(dú)特的方式將水泥的用量大幅下降，減少水泥生產(chǎn)過(guò)程中消耗的能源，從而減少全球7％－8％的碳排放。經(jīng)過(guò)力學(xué)優(yōu)化的磚頭骨架設(shè)計(jì)以及特殊的填充材料，將避免以往建筑材料中灰漿鏈接失效的可能，讓磚頭和石頭一樣堅(jiān)固，大大延長(zhǎng)建筑物的壽命。
無(wú)論是通過(guò)改進(jìn)3D打印的建筑材料，還是優(yōu)化3D打印建筑物的設(shè)計(jì)，最終目的都是為了通過(guò)3D打印技術(shù)建造出節(jié)省材料、造型豐富而獨(dú)特，并且足夠堅(jiān)固耐用，讓人們可以安心居住和使用的建筑物。
或許，下一步通過(guò)3D打印技術(shù)不但可以制造出廉價(jià)、美觀并且足夠堅(jiān)固，能夠抵抗地震、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害的房子呢。
