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首批3D打印房亮相青浦 24小時能打印10間房

作者:admin      來源:內部      點擊率:1147      時間:2015-06-04


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用打印機來蓋房?不要一磚一瓦,只要一臺3D打印機,就能在24小時內“興建”10間房?

號稱“全球首批3D打印實用建筑”的房屋近日亮相上海青浦。“將建筑垃圾變廢為寶,讓建筑工人做更體面的工作,讓建筑成本降低50%,讓更多人住得起房子,房型家具私人定制,讓水更清天更藍……”其研發者馬義和近日也被冠上“全國3D打印第一人”的名號。

3D打印建筑究竟會帶來怎樣的革命?建筑學專家認為,作為全球建筑革命的熱點,3D打印改變了傳統的建筑施工工藝,從環保節能省時省力角度看,有其創新意義。不過新型“油墨”打印的建筑,其剛度、強度和耐久性等綜合性能還待進一步驗證。

“24小時能打印10間房”

近日,張江高新青浦園區內的3D打印建筑正式揭開神秘面紗。在園區內的一片空地上,10幢一至兩層的毛坯新房錯落安置。據悉,這10幢有著方便面式外表紋理的房子,并非由工人一磚一瓦砌出來,而是由一臺3D打印機,在24小時內打印出來的。

走進一個3D打印的房間:設計的多樣性可以讓門窗等位置在“打印”過程中就預留出來,并且根據需要安裝預埋件。與眾不同的墻體,也并非鋼筋水泥澆筑,而是用一種特殊的“油墨”,根據電腦設計圖紙和方案,在現場層層疊加“噴繪”而成。

這項技術的發明者,上海盈創裝飾集團有限公司董事長馬義和給記者展示了現場打印時拍攝的視頻片段,只見一只巨大的噴頭,像奶油裱花一樣源源不斷噴出灰色的油墨,油墨呈“Z”字形排列,層層疊加,很快便砌起了一面高墻。之后,墻與墻之間還可像搭積木一樣壘起來,再用鋼筋水泥進行二次“打印”灌注,連成一體。馬義和告訴記者,整個打印過程,只需要一張圖紙、一臺電腦、就地取材制造的足夠“油墨”,就可以在24小時內打印出10幢200平方米建筑。

打印機長啥樣不讓看

能打印房子,該要一臺多大的3D打印機?技術方稱,這臺超級打印機是企業的最高商業機密,外人都無緣一見。記者有幸見到了這臺巨型打印機的視頻,機器呈長方體,廠方介紹的高6.6米、寬10米、長32米的打印機,底面占地面積足有一個籃球場那么大,高度足有三層樓高。且打印機的長度還可以延伸,完全拉開足有150米長。馬義和前幾年對它完成了設計研發,然后全球定制零部件,最終在蘇州工廠組裝而成。這次現身青浦的3D打印房屋就是在蘇州打印好后搬運到上海的。

“用3D打印機來造房,是世界各國建筑師的夢想。此前,俄羅斯曾發布一幢3D打印建筑,但他們的原理是打印一個個像樂高積木一樣的配件,然后通過組裝做成建筑的墻體;荷蘭打印了一個景觀房建筑叫莫比烏斯環,是通過用沙子和黏合劑的方式打印若干個模塊進行組裝,最終,也沒有打印出完整的房子。而有了這臺打印機,就可以就地取材,制造打印“油墨”,打出整棟房子。”馬義和稱。

“油墨”來自建筑垃圾

3D打印的房子是否為一種噱頭?打印的建筑牢度怎樣?能用多少年?如果在不久的將來推出3D打印住宅,有人會買嗎?面對記者一連串的疑問,馬義和回答得胸有成竹。

在他眼里,3D打印不僅是一種全新的建筑方式,更是一種顛覆傳統的建筑模式。它更加堅固耐用、保護環境、高效、節能,不僅解放人力,還能大大降低建造成本,造出普通百姓都能住得起的房子。

據其介紹,3D打印最大的亮點,就是把建筑垃圾再利用,同時讓新建建筑不會產出新的建筑垃圾。“今后建筑過程將大大降低揚塵和污染,建筑工地不會再是一片狼藉,城市空氣質量也會得到改善。”馬義和說,中國建筑垃圾的數量已占到城市垃圾總量的1/3以上,而盈創3D打印建筑“油墨”的核心技術就是將建筑垃圾再利用,通過技術處理、加工、分離,使之成為3D打印建筑“油墨”的原材料。

讓更多人住得起房子

那么這樣的“油墨”牢度怎樣?馬義和表示,“油墨”是一種經過特殊玻璃纖強化處理的混凝土材料,其強度和使用年限大大高于鋼筋混凝土。“空心的墻體不但大大減輕了建筑本身的重量,還可以隨意填充保溫材料,并可任意設計墻體結構,一次性解決墻體的承重結構問題,因此無論是橋梁、簡易工房、劇院、還是賓館和居民住宅,其建筑體的強度和牢度都符合且高于國家建筑行業標準。”

更顛覆想象的是,“油墨”擠出后會很快凝固,保證打印機能連續打印。“如果是整棟25層的住宅樓,只要打好地基,僅十天半月即可完成整棟樓的建筑框架。之后安裝好門窗,排好各類電線管道,再由打印機打印出整體的復合地板和家具,業主一個多月就可拎包入住。”馬義和說,這絕不是未來的夢想,而是現今已經實現了的技術。“現在,你看中了外灘的哪棟建筑,或者喜歡全球哪套品牌家具,只要用照相機拍下來,將設計圖紙輸入電腦,很快就可拷貝不走樣地打印出來。”

更令他對自己產品信心十足的是3D打印的價格優勢。據他測算,打印能使建筑能耗從70%降低到30%以下,讓建筑成本降低50%,讓更多人住得起房子。

[建筑專家看法]

原材料玻璃纖維會影響呼吸系統

創新值得肯定,但3D打印住宅還有很長路要走

因青浦打印建筑的亮相,這一周來馬義和成為建筑業內的關注熱點。而他的下一步計劃,將在全國尋找合作方,在全國間隔300公里范圍內建100家夢工廠,今后就地取材,就地制造油墨,就地打印。

不過,對于如此大手筆的規劃,似乎也有人表示了擔憂。有專家表示,雖然在理論上運轉良好,但當規模變大后,可能會突然失效。在很長的時間里,3D打印房屋可能只會用在一些臨時建筑上。

同濟大學建筑系教授來增祥同樣表示,3D打印在建筑新材料開拓和建筑工藝上的創新探索值得稱贊,不過3D打印房屋要真正普及,恐怕還需斟酌。比如該3D打印的“油墨”的構成主要是高標號水泥和玻璃纖維。而據他所知,某些國家禁止建筑大量使用玻璃纖維,因為玻璃纖維會影響人體呼吸系統。高強度水泥未來的回收也有困難,目前我國高層住宅普遍使用的是鋼筋混凝土或全鋼結構,其中鋼鐵可以回收,因此傳統建筑材料在未來的一段時期內依舊有很大優勢。

此外,建筑不僅光有外在的形態,特別是人居住宅,更需要對內部結構、綜合強度、剛度、防火性、使用年限等多方面進行綜合考量。來增祥認為“油墨”的承載力強度、耐久性等各項指標是否符合標準,還有待專家部門的權威檢測和認證。

[3D打印的目前運用]

航空航天領域運用最多

中國3D打印技術產業聯盟秘書長、亞洲制造業協會首席執行官羅軍表示,3D打印技術已被廣泛地運用到了航空航天、汽車零部件、重大裝備、文化創意、生物醫學等領域。

相比消費和制造領域,我國3D打印技術在關鍵軍事領域的運用已經非常成熟,其中包括航空母艦上的各種武器和配套裝置、人造衛星的外部構造、火星探測器、空間站,乃至宇宙飛船,而航空航天領域也是國內目前運用最多的領域。

我國第一艘航母“遼寧號”的艦載機型“殲-15”的部分零件就是以3D打印技術制造而成的。由于戰斗機在航母上起降時,前輪幾乎需要承載整個飛機重量的一半,這對于前輪支撐腳的性能要求極高,而“殲-15”與最新“殲-31”的前輪支撐腳都采用了以3D打印而成的鈦合金構件。復旦大學美國研究中心教授沈丁立表示,3D打印技術能攻破武器部件、尤其是高端武器部件性能的缺陷。與機器制造出的零件和產品相比,3D打印的產品更加精細輕盈、韌度更強、抗壓力更佳。

重塑骨骼植入體內

美國3D生物打印廠商Organovo公司于2009年底研制出了3D生物打印機,打印人體細胞、組織都成為了現實。

從2009年起,北京大學第三醫院骨科率先開始對利用3D打印金屬材質的骨骼進行研究。經過四年的努力,研究的牽頭人、北京大學第三醫院骨科主任劉忠軍帶領的團隊已經在脊柱及關節外科領域研發出十幾個3D打印脊柱外科植入物,其中頸椎椎間融合器、頸椎人工椎體及人工髖臼關節三個產品,已經接近完成臨床觀察階段,準備進行產品申報。已有60多位患者在簽署知情同意書后,植入了3D打印出的骨骼。從植入結果看來,短時間內,就可看到骨細胞已長進打印骨骼的孔隙里,效果樂觀。此外,在國內醫院中,3D打印技術還在給患者修復顱骨、修整下巴、重塑顴骨、眼眶等部位時派上用場。

而據英國媒體報道,一位名為芬頓的27歲英國男子去年到西班牙度假時不慎從四樓摔下,導致臉部骨骼、四肢和肋骨等全部摔斷。在他回到英國后,專家根據芬頓未受傷之前的照片,運用3D技術重新塑造了其他的骨骼,再把打印出來的“骨骼”植入其身體內。經過14個小時的手術,芬頓獲得了“重生”。

不過,即便已有機構通過3D打印制出了活體細胞以及耳朵等人體器官,但目前的3D打印技術還達不到“器官移植”的高度。

[3D打印的未來發展]

打印能移植的心臟

美國路易斯維爾大學研究團隊已用3D打印的方式打印出人類心臟瓣膜以及小血管,這些小血管在老鼠等小動物身上可以正常工作。該研究團隊計劃,在三至五年內打印出心臟的各個部件,然后手工把它們組合在一起。這一項目的終極目標是用人的自體細胞打印出一個完整的、能用于移植的心臟。

如果一切能按計劃進行,生物人造心臟有望在十年內進入人體實驗階段。首批受試者將是無法移植人工心臟的心臟病患者,比如因大小不合適而不能接受人工心臟的兒童。

此外,研發出3D生物打印機的美國3D生物打印廠商Organovo公司還聲稱,他們將在今年某個時候打印出人類肝臟。雖然該公司表示3D打印出的肝臟與很多人想象的那種具有全部功能的人類肝臟還有很大的距離,但就研發現狀而言,離3D打印出全功能人類肝臟也只有幾年的時間。

據了解,Organovo公司的研究人員已經能夠打印出幾十種不同的生物細胞,一旦在這些器官內打印血管網絡的方法更加完善,大量的創新成果將會噴薄而出。 2019年的生物醫藥領域將會出現天翻地覆的變化。

用于電路板的制造

3D打印領域的資深觀察者布羅克·辛茨曼表示,3D打印技術在制造領域的發展空間不可估量。如今,已經有廠商開始用3D打印機制造多種消費品,這其中就包括家用機器人,而這也預示著3D打印技術未來將有可能被應用到電路板的設計和制造之中,而不是僅僅用來制造一個簡單的零部件。

3D打印技術在金屬零部件制造方面的工藝和質量已有大幅提升,目前已有行業開始進行大規模嘗試。辛茨曼預測,通過3D打印制造出來的金屬零部件有朝一日將能夠達到甚至超過傳統制造工藝的水平,畢竟3D打印性價比高,在加工某一個零部件時,不需要冗長的生產線和復雜的加工流程,只需在一臺打印機中就能夠全部完成,從而將故障點數目降到最低,幾乎杜絕了殘次品的出現。3D打印還能制造出一些構造復雜、傳統工藝無法實現的零部件,這也將大幅提升金屬零部件的生產效率。

走進課堂 輔助學習

目前,教育領域對3D打印機的使用率在上升。 3D打印機生產商Makerbot公司已發出一項倡議,希望將他們的3D打印機推廣到全美的每所學校。

隨著3D打印機價格的下降,以及出現更多的在學習上的應用,3D打印機將成為從3年級到12年級(相當于中國的小學三年級到高三)幾乎每一門課程里的主要輔助工具。就像上世紀80年代和90年代的PC機,3D打印機會迅速占領每一間教室。對于學生而言,3D打印機能把他們幻想中的東西變成現實,是一個非常強大的培養學生創造力和學習能力的工具。

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