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成批“3D打印房”亮相上海 油墨来自建筑垃圾
[ 编辑:xiaoxiao | 时间:2014-04-11 14:44:55 | 浏览:307次 | 来源:新浪新闻 | 作者: ]

 

□晨报记者 邵丽蓉

  用打印机来盖房?不要一砖一瓦,只要一台3D打印机,就能在24小时内“兴建”10间房?

  号称“全球首批3D打印实用建筑”的房屋近日亮相上海青浦。“将建筑垃圾变废为宝,让建筑工人做更体面的工作,让建筑成本降低50%,让更多人住得起房子,房型家具私人定制,让水更清天更蓝……”其研发者马义和近日也被冠上“全国3D打印第一人”的名号。

  3D打印建筑究竟会带来怎样的革命?建筑学专家认为,作为全球建筑革命的热点,3D打印改变了传统的建筑施工工艺,从环保节能省时省力角度看,有其创新意义。不过新型“油墨”打印的建筑,其刚度、强度和耐久性等综合性能还待进一步验证。

  “24小时能打印10间房”

  近日,张江高新青浦园区内的3D打印建筑正式揭开神秘面纱。在园区内的一片空地上,10幢一至两层的毛坯新房错落安置。据悉,这10幢有着方便面式外表纹理的房子,并非由工人一砖一瓦砌出来,而是由一台3D打印机,在24小时内打印出来的。

  走进一个3D打印的房间:设计的多样性可以让门窗等位置在“打印”过程中就预留出来,并且根据需要安装预埋件。与众不同的墙体,也并非钢筋水泥浇筑,而是用一种特殊的“油墨”,根据电脑设计图纸和方案,在现场层层叠加“喷绘”而成。

  这项技术的发明者,上海盈创装饰集团有限公司董事长马义和给记者展示了现场打印时拍摄的视频片段,只见一只巨大的喷头,像奶油裱花一样源源不断喷出灰色的油墨,油墨呈“Z”字形排列,层层叠加,很快便砌起了一面高墙。之后,墙与墙之间还可像搭积木一样垒起来,再用钢筋水泥进行二次“打印”灌注,连成一体。马义和告诉记者,整个打印过程,只需要一张图纸、一台电脑、就地取材制造的足够“油墨”,就可以在24小时内打印出10幢200平方米建筑。

  打印机长啥样不让看

  能打印房子,该要一台多大的3D打印机?技术方称,这台超级打印机是企业的最高商业机密,外人都无缘一见。记者有幸见到了这台巨型打印机的视频,机器呈长方体,厂方介绍的高6.6米、宽10米、长32米的打印机,底面占地面积足有一个篮球场那么大,高度足有三层楼高。且打印机的长度还可以延伸,完全拉开足有150米长。马义和前几年对它完成了设计研发,然后全球定制零部件,最终在苏州工厂组装而成。这次现身青浦的3D打印房屋就是在苏州打印好后搬运到上海的。

  “用3D打印机来造房,是世界各国建筑师的梦想。此前,俄罗斯曾发布一幢3D打印建筑,但他们的原理是打印一个个像乐高积木一样的配件,然后通过组装做成建筑的墙体;荷兰打印了一个景观房建筑叫莫比乌斯环,是通过用沙子和黏合剂的方式打印若干个模块进行组装,最终,也没有打印出完整的房子。而有了这台打印机,就可以就地取材,制造打印“油墨”,打出整栋房子。”马义和称。

  “油墨”来自建筑垃圾

  3D打印的房子是否为一种噱头?打印的建筑牢度怎样?能用多少年?如果在不久的将来推出3D打印住宅,有人会买吗?面对记者一连串的疑问,马义和回答得胸有成竹。

  在他眼里,3D打印不仅是一种全新的建筑方式,更是一种颠覆传统的建筑模式。它更加坚固耐用、保护环境、高效、节能,不仅解放人力,还能大大降低建造成本,造出普通百姓都能住得起的房子。

  据其介绍,3D打印最大的亮点,就是把建筑垃圾再利用,同时让新建建筑不会产出新的建筑垃圾。“今后建筑过程将大大降低扬尘和污染,建筑工地不会再是一片狼藉,城市空气质量也会得到改善。”马义和说,中国建筑垃圾的数量已占到城市垃圾总量的1/3以上,而盈创3D打印建筑“油墨”的核心技术就是将建筑垃圾再利用,通过技术处理、加工、分离,使之成为3D打印建筑“油墨”的原材料。

  让更多人住得起房子

  那么这样的“油墨”牢度怎样?马义和表示,“油墨”是一种经过特殊玻璃(1258, -19.00, -1.49%)纤强化处理的混凝土材料,其强度和使用年限大大高于钢筋混凝土。“空心的墙体不但大大减轻了建筑本身的重量,还可以随意填充保温材料,并可任意设计墙体结构,一次性解决墙体的承重结构问题,因此无论是桥梁、简易工房、剧院、还是宾馆和居民住宅,其建筑体的强度和牢度都符合且高于国家建筑行业标准。”

  更颠覆想象的是,“油墨”挤出后会很快凝固,保证打印机能连续打印。“如果是整栋25层的住宅楼,只要打好地基,仅十天半月即可完成整栋楼的建筑框架。之后安装好门窗,排好各类电线管道,再由打印机打印出整体的复合地板和家具,业主一个多月就可拎包入住。”马义和说,这绝不是未来的梦想,而是现今已经实现了的技术。“现在,你看中了外滩的哪栋建筑,或者喜欢全球哪套品牌家具,只要用照相机拍下来,将设计图纸输入电脑,很快就可拷贝不走样地打印出来。”

  更令他对自己产品信心十足的是3D打印的价格优势。据他测算,打印能使建筑能耗从70%降低到30%以下,让建筑成本降低50%,让更多人住得起房子。

  [建筑专家看法]

  原材料玻璃纤维会影响呼吸系统

  创新值得肯定,但3D打印住宅还有很长路要走

  因青浦打印建筑的亮相,这一周来马义和成为建筑业内的关注热点。而他的下一步计划,将在全国寻找合作方,在全国间隔300公里范围内建100家梦工厂,今后就地取材,就地制造油墨,就地打印。

  不过,对于如此大手笔的规划,似乎也有人表示了担忧。有专家表示,虽然在理论上运转良好,但当规模变大后,可能会突然失效。在很长的时间里,3D打印房屋可能只会用在一些临时建筑上。

  同济大学建筑系教授来增祥同样表示,3D打印在建筑新材料开拓和建筑工艺上的创新探索值得称赞,不过3D打印房屋要真正普及,恐怕还需斟酌。比如该3D打印的“油墨”的构成主要是高标号水泥和玻璃纤维。而据他所知,某些国家禁止建筑大量使用玻璃纤维,因为玻璃纤维会影响人体呼吸系统。高强度水泥未来的回收也有困难,目前我国高层住宅普遍使用的是钢筋混凝土或全钢结构,其中钢铁可以回收,因此传统建筑材料在未来的一段时期内依旧有很大优势。

  此外,建筑不仅光有外在的形态,特别是人居住宅,更需要对内部结构、综合强度、刚度、防火性、使用年限等多方面进行综合考量。来增祥认为“油墨”的承载力强度、耐久性等各项指标是否符合标准,还有待专家部门的权威检测和认证。

  [3D打印的目前运用]

  航空航天领域运用最多

  中国3D打印技术产业联盟秘书长、亚洲制造业协会首席执行官罗军表示,3D打印技术已被广泛地运用到了航空航天、汽车零部件、重大装备、文化创意、生物医学等领域。

  相比消费和制造领域,我国3D打印技术在关键军事领域的运用已经非常成熟,其中包括航空母舰上的各种武器和配套装置、人造卫星的外部构造、火星探测器、空间站,乃至宇宙飞船,而航空航天领域也是国内目前运用最多的领域。

  我国第一艘航母“辽宁号”的舰载机型“歼-15”的部分零件就是以3D打印技术制造而成的。由于战斗机在航母上起降时,前轮几乎需要承载整个飞机重量的一半,这对于前轮支撑脚的性能要求极高,而“歼-15”与最新“歼-31”的前轮支撑脚都采用了以3D打印而成的钛合金构件。复旦大学美国研究中心教授沈丁立表示,3D打印技术能攻破武器部件、尤其是高端武器部件性能的缺陷。与机器制造出的零件和产品相比,3D打印的产品更加精细轻盈、韧度更强、抗压力更佳。

  重塑骨骼植入体内

  美国3D生物打印厂商Organovo公司于2009年底研制出了3D生物打印机,打印人体细胞、组织都成为了现实。

  从2009年起,北京大学第三医院骨科率先开始对利用3D打印金属材质的骨骼进行研究。经过四年的努力,研究的牵头人、北京大学第三医院骨科主任刘忠军带领的团队已经在脊柱及关节外科领域研发出十几个3D打印脊柱外科植入物,其中颈椎椎间融合器、颈椎人工椎体及人工髋臼关节三个产品,已经接近完成临床观察阶段,准备进行产品申报。已有60多位患者在签署知情同意书后,植入了3D打印出的骨骼。从植入结果看来,短时间内,就可看到骨细胞已长进打印骨骼的孔隙里,效果乐观。此外,在国内医院中,3D打印技术还在给患者修复颅骨、修整下巴、重塑颧骨、眼眶等部位时派上用场。

  而据英国媒体报道,一位名为芬顿的27岁英国男子去年到西班牙度假时不慎从四楼摔下,导致脸部骨骼、四肢和肋骨等全部摔断。在他回到英国后,专家根据芬顿未受伤之前的照片,运用3D技术重新塑造了其他的骨骼,再把打印出来的“骨骼”植入其身体内。经过14个小时的手术,芬顿获得了“重生”。

  不过,即便已有机构通过3D打印制出了活体细胞以及耳朵等人体器官,但目前的3D打印技术还达不到“器官移植”的高度。

  [3D打印的未来发展]

  打印能移植的心脏

  美国路易斯维尔大学研究团队已用3D打印的方式打印出人类心脏瓣膜以及小血管,这些小血管在老鼠等小动物身上可以正常工作。该研究团队计划,在三至五年内打印出心脏的各个部件,然后手工把它们组合在一起。这一项目的终极目标是用人的自体细胞打印出一个完整的、能用于移植的心脏。

  如果一切能按计划进行,生物人造心脏有望在十年内进入人体实验阶段。首批受试者将是无法移植人工心脏的心脏病患者,比如因大小不合适而不能接受人工心脏的儿童。

  此外,研发出3D生物打印机的美国3D生物打印厂商Organovo公司还声称,他们将在今年某个时候打印出人类肝脏。虽然该公司表示3D打印出的肝脏与很多人想象的那种具有全部功能的人类肝脏还有很大的距离,但就研发现状而言,离3D打印出全功能人类肝脏也只有几年的时间。

  据了解,Organovo公司的研究人员已经能够打印出几十种不同的生物细胞,一旦在这些器官内打印血管网络的方法更加完善,大量的创新成果将会喷薄而出。 2019年的生物医药领域将会出现天翻地覆的变化。

  用于电路板的制造

  3D打印领域的资深观察者布罗克·辛茨曼表示,3D打印技术在制造领域的发展空间不可估量。如今,已经有厂商开始用3D打印机制造多种消费品,这其中就包括家用机器人,而这也预示着3D打印技术未来将有可能被应用到电路板的设计和制造之中,而不是仅仅用来制造一个简单的零部件。

  3D打印技术在金属零部件制造方面的工艺和质量已有大幅提升,目前已有行业开始进行大规模尝试。辛茨曼预测,通过3D打印制造出来的金属零部件有朝一日将能够达到甚至超过传统制造工艺的水平,毕竟3D打印性价比高,在加工某一个零部件时,不需要冗长的生产线和复杂的加工流程,只需在一台打印机中就能够全部完成,从而将故障点数目降到最低,几乎杜绝了残次品的出现。3D打印还能制造出一些构造复杂、传统工艺无法实现的零部件,这也将大幅提升金属零部件的生产效率。

  走进课堂 辅助学习

  目前,教育领域对3D打印机的使用率在上升。 3D打印机生产商Makerbot公司已发出一项倡议,希望将他们的3D打印机推广到全美的每所学校。

  随着3D打印机价格的下降,以及出现更多的在学习上的应用,3D打印机将成为从3年级到12年级(相当于中国的小学三年级到高三)几乎每一门课程里的主要辅助工具。就像上世纪80年代和90年代的PC机,3D打印机会迅速占领每一间教室。对于学生而言,3D打印机能把他们幻想中的东西变成现实,是一个非常强大的培养学生创造力和学习能力的工具。

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