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图为 位于荷兰的天下上第一座3D打印混凝土桥梁。图片泉源:《科学美国人》月刊官网

图为 3D打印修建的未来蓝图。图片泉源:Mega.online

位于马达加斯加的天下上第一所3D打印学校的渲染图。图片泉源:天下经济论坛官网

  今日视点

  在以运河著名的荷兰,桥梁很常见。但有四座桥尤为奇异:每座长26英尺,且都是由一台大型3D打印机用混凝土制成的。这样建成的桥梁属天下首次,其在2017年10月17日在荷兰南部小镇海默特横空出世。

  从桌面到修建工地,3D打印作为手艺革命的一部分,实现了将塑料和其他质料挤出并制成实心物体的目的。自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间隔,甚至是整个住宅。

  而在未来,3D打印应用不仅限于修建界,在教育、救灾、医疗等领域,手艺造福人类的理念在3D打印上将被体现得淋漓尽致。

  3D打印,修建业的“多面手”

  3D修建打印机的事情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。

  喷嘴在轨道上往返运行,由计算机控制挤压模式,这样就可以在需要的地方正确地铺设一层一英寸厚的混凝土(或钢铁、或其他质料)。当缓慢移动的喷嘴到达其路径(最长可达100英尺)的末尾时,这一层通常已经硬化,恰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制作起来了。通过正确的沉积图案,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打印修建最显著的优点之一是速度快。制作一座500平方英尺(约46.45平方米)的单层住宅约莫需要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打印修建的公司,其团结创始人兼首席执行官杰森·巴拉德示意:“3D打印机在修建屋子的同时,会考虑到其结构、隔热层、墙板、内外外面处置以及管道系统。”而在一样平常情况下,“这通常需要代表5、6个差别行业的20小我私家事情好几天的时间”。

  此外,3D打印修建也削减了虚耗。

  据报道,一个典型的住宅修建工地会发生4吨左右的垃圾。由于通例楼板施工中使用的混凝土是平均应用的,无论是否需要在特定区域举行结构支持,它都会被虚耗约莫一半的量。这对环境的损坏尤为严重,由于水泥作为混凝土的主要成分,约占我们二氧化碳排放量的7%。相比之下,3D打印机可以异常正确地改变结构的厚度,只在真正需要的地方使用混凝土,这一历程被称为拓扑优化。

  打印出来的结构具有数字化是3D打印的另一个优点。这意味着在电脑上出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,进而削减不必要的错误和贫苦,从而节约成本、削减延误。

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  数字化另有一个分外的利益,那就是消除了设计创意的障碍。修建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设计。

  “打印机不在乎你想出了什么设计。”荷兰埃因霍温理工大学的结构工程师西奥·萨莱特说,他是印刷修建的先驱,制作了荷兰的阿姆斯特丹大桥,“它不会由于你的原创而多收你的钱”。

  手艺仍处早期阶段

  固然,《科学美国人》报道称,3D打印修建的手艺仍处于早期阶段,要扩大3D打印修建的规模,需要在手艺和羁系方面做更多的事情。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用方式。在传统修建中,这是通过铺设钢筋来完成的。

  萨莱特以为,对于3D打印修建更大的愿景是在将来有新的混凝土配方,或是新的可挤压质料,无须钢筋就足够坚硬。例如,环氧树脂就是一个潜在的候选者,它是一种聚合物,现在用于制造修建中的黏合剂和涂料。

  制订3D打印衡宇质量检查的指导方针和施工程序规则也需要敲定,萨莱特忠告说,若是没有经验、粗心大意的修建商接触到打印机,他们的修建可能会有坍毁的危险。

  现在,3D打印修建是一件“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,该公司还设计将一台打印机带到拉丁美洲,在那里制作50座低成本住宅。

  与此同时,萨莱特即将更先在阿姆斯特丹制作一座90英尺(约合15米)高的桥,同时还将与人互助,在荷兰制作数座住宅。

  《科学美国人》报道称,虽然这项手艺仍处于早期阶段,但商业级3D打印修建机可能会在未来十年从根本上改变修建业。专家以为,它们可以将施工时间缩短一半,降低多达三分之一的成本,并提供更环保、更坚硬的设计,另有更大的订制空间。

  凭据美国北极星市场研究公司的数据,随着这项手艺的生长,预计到2026年,全球3D打印修建市场将从2019年的460万美元扩大到149亿美元。

  教育、救灾、医疗……3D打印未来可期

  天下经济论坛官网2月19日报道称,非营利组织Think Huts与修建设计公司Studio Mortazavi互助,在马达加斯加菲亚纳兰楚阿大学校园内创建了天下上第一所3D打印学校。

  通过3D打印学校的解决方案为更多的孩子提供了受教育的机遇,解决了对物理基础设施缺乏足够投资的问题

  科技造福人类在3D打印手艺上得以体现。除了修建业,报道称,3D打印机将越来越多地被应用于各行各业,从生产太阳镜等消费品到汽车零部件等工业产品。而在教育行业中,3D建模可以用来将教育理念带入生涯,并辅助孩子们培育适用技术,如编程。

  在墨西哥,3D打印已经在塔巴斯科州制作了一座46平方米的屋子,包罗厨房、起居室、浴室和两间卧室,将向该州一些最贫穷的家庭开放。

  这项手艺在救灾中也被证实是至关重要的。据英国《卫报》报道,2015年尼泊尔发生地震时,作为救援事情的一部分,一台安装在路虎上的3D打印机被用来辅助修复尼泊尔的水管。

  此外,3D打印也成功地应用于医学领域。在意大利,当新冠疫情重灾区伦巴第的一家医院供应不足时,初创企业Issinova为新冠患者打印了3D呼吸机瓣膜。

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