在以運(yùn)河聞名的荷蘭，橋梁很常見。但有四座橋尤為奇特：每座長26英尺，且都是由一臺大型3D打印機(jī)用混凝土制成的。這樣建成的橋梁屬世界首次，其在2017年10月17日在荷蘭南部小鎮(zhèn)海默特橫空出世。

從桌面到建筑工地，3D打印作為技術(shù)革命的一部分，實現(xiàn)了將塑料和其他材料擠出并制成實心物體的目標(biāo)。自2017年以來，美國、歐洲和亞洲的幾家公司已經(jīng)“打印”了公交車站候車亭和會議廳隔斷，甚至是整個住宅。

而在未來，3D打印應(yīng)用不僅限于建筑界，在教育、救災(zāi)、醫(yī)療等領(lǐng)域，技術(shù)造福人類的理念在3D打印上將被體現(xiàn)得淋漓盡致。

3D打印，建筑業(yè)的“多面手”

3D建筑打印機(jī)的工作原理很像家庭辦公室的噴墨打印機(jī)，只不過它們吐出的不是墨水，而是混凝土。

噴嘴在軌道上來回運(yùn)行，由計算機(jī)控制擠壓模式，這樣就可以在需要的地方精確地鋪設(shè)一層一英寸厚的混凝土(或鋼鐵、或其他材料)。當(dāng)緩慢移動的噴嘴到達(dá)其路徑(最長可達(dá)100英尺)的末端時，這一層通常已經(jīng)硬化，剛好可以在第一層的頂部再鋪上一層。一層又一層，一面家庭所需的墻就被建造起來了。通過精確的沉積圖案，噴嘴還可以為窗戶、門、公用設(shè)施管道和其他設(shè)計及結(jié)構(gòu)留出空間。

《科學(xué)美國人》報道稱，3D打印建筑最明顯的優(yōu)點(diǎn)之一是速度快。建造一座500平方英尺(約46.45平方米)的單層住宅大約需要24小時的打印時間。

ICON公司是美國得克薩斯州一家專注于3D打印建筑的公司，其聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官杰森·巴拉德表示：“3D打印機(jī)在建筑房子的同時，會考慮到其結(jié)構(gòu)、隔熱層、墻板、內(nèi)外表面處理以及管道系統(tǒng)。”而在一般情況下，“這通常需要代表5、6個不同行業(yè)的20個人工作好幾天的時間”。

此外，3D打印建筑也減少了浪費(fèi)。

據(jù)報道，一個典型的住宅建筑工地會產(chǎn)生4噸左右的垃圾。由于常規(guī)樓板施工中使用的混凝土是均勻應(yīng)用的，無論是否需要在特定區(qū)域進(jìn)行結(jié)構(gòu)支撐，它都會被浪費(fèi)大約一半的量。這對環(huán)境的破壞尤為嚴(yán)重，因為水泥作為混凝土的主要成分，約占我們二氧化碳排放量的7%。相比之下，3D打印機(jī)可以非常精確地改變結(jié)構(gòu)的厚度，只在真正需要的地方使用混凝土，這一過程被稱為拓?fù)鋬?yōu)化。

打印出來的結(jié)構(gòu)具有數(shù)字化是3D打印的另一個優(yōu)點(diǎn)。這意味著在電腦上呈現(xiàn)的設(shè)計可以直接轉(zhuǎn)換成打印機(jī)的指令。這就省去了將設(shè)計轉(zhuǎn)換成圖紙的需要，進(jìn)而減少不必要的錯誤和麻煩，從而節(jié)約成本、減少延誤。

數(shù)字化還有一個額外的好處，那就是消除了設(shè)計創(chuàng)意的障礙。建筑師可以更低的成本提供訂制或半訂制設(shè)計，而無須費(fèi)心培訓(xùn)他人來執(zhí)行計劃。

“打印機(jī)不在乎你想出了什么設(shè)計。”荷蘭埃因霍溫理工大學(xué)的結(jié)構(gòu)工程師西奧·薩萊特說，他是印刷建筑的先驅(qū)，建造了荷蘭的阿姆斯特丹大橋，“它不會因為你的原創(chuàng)而多收你的錢”。

技術(shù)仍處早期階段

當(dāng)然，《科學(xué)美國人》報道稱，3D打印建筑的技術(shù)仍處于早期階段，要擴(kuò)大3D打印建筑的規(guī)模，需要在技術(shù)和監(jiān)管方面做更多的工作。對于前者，從業(yè)者還沒有找到一種從印刷機(jī)上加固混凝土的有效方法。在傳統(tǒng)建筑中，這是通過鋪設(shè)鋼筋來完成的。

薩萊特認(rèn)為，對于3D打印建筑最大的愿景是在將來有新的混凝土配方，或是新的可擠壓材料，無須鋼筋就足夠堅固。例如，環(huán)氧樹脂就是一個潛在的候選者，它是一種聚合物，目前用于制造建筑中的黏合劑和涂料。

制訂3D打印房屋質(zhì)量檢查的指導(dǎo)方針和施工程序規(guī)則也需要敲定，薩萊特警告說，如果沒有經(jīng)驗、粗心大意的建筑商接觸到打印機(jī)，他們的建筑可能會有倒塌的危險。

如今，3D打印建筑是一件“不起眼的大事”，低調(diào)且低成本。

例如，ICON打印了一套位于美國得克薩斯州奧斯汀市的住宅，為家庭設(shè)計，成本為1萬美元。然后，該公司還計劃將一臺打印機(jī)帶到拉丁美洲，在那里建造50座低成本住宅。

與此同時，薩萊特即將開始在阿姆斯特丹建造一座90英尺(約合15米)高的橋，同時還將與人合作，在荷蘭建造數(shù)座住宅。

《科學(xué)美國人》報道稱，雖然這項技術(shù)仍處于早期階段，但商業(yè)級3D打印建筑機(jī)可能會在未來十年從根本上改變建筑業(yè)。專家認(rèn)為，它們可以將施工時間縮短一半，降低多達(dá)三分之一的成本，并提供更環(huán)保、更堅固的設(shè)計，還有更大的訂制空間。

根據(jù)美國北極星市場研究公司的數(shù)據(jù)，隨著這項技術(shù)的發(fā)展，預(yù)計到2026年，全球3D打印建筑市場將從2019年的460萬美元擴(kuò)大到149億美元。

教育、救災(zāi)、醫(yī)療……3D打印未來可期

世界經(jīng)濟(jì)論壇官網(wǎng)2月19日報道稱，非營利組織Think Huts與建筑設(shè)計公司Studio Mortazavi合作，在馬達(dá)加斯加菲亞納蘭楚阿大學(xué)校園內(nèi)創(chuàng)建了世界上第一所3D打印學(xué)校。

通過3D打印學(xué)校的解決方案為更多的孩子提供了受教育的機(jī)會，解決了對物理基礎(chǔ)設(shè)施缺乏足夠投資的問題。

科技造福人類在3D打印技術(shù)上得以體現(xiàn)。除了建筑業(yè)，報道稱，3D打印機(jī)將越來越多地被應(yīng)用于各行各業(yè)，從生產(chǎn)太陽鏡等消費(fèi)品到汽車零部件等工業(yè)產(chǎn)品。而在教育行業(yè)中，3D建?？梢杂脕韺⒔逃砟顜肷?，并幫助孩子們培養(yǎng)實用技能，如編程。

在墨西哥，3D打印已經(jīng)在塔巴斯科州建造了一座46平方米的房子，包括廚房、起居室、浴室和兩間臥室，將向該州一些最貧窮的家庭開放。

這項技術(shù)在救災(zāi)中也被證明是至關(guān)重要的。據(jù)英國《衛(wèi)報》報道，2015年尼泊爾發(fā)生地震時，作為救援工作的一部分，一臺安裝在路虎上的3D打印機(jī)被用來幫助修復(fù)尼泊爾的水管。

此外，3D打印也成功地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。在意大利，當(dāng)新冠疫情重災(zāi)區(qū)倫巴第的一家醫(yī)院供應(yīng)不足時，初創(chuàng)企業(yè)Issinova為新冠患者打印了3D呼吸機(jī)瓣膜。