將工業(yè)廢料水泥3D打印成生態(tài)友好型家具，為綠色城市建筑帶來(lái)新思路

2022年1月28日，南極熊獲悉，來(lái)自印度古瓦哈提理工學(xué)院（IIT Guwahati）的研究人員想出了一種將工業(yè)廢料3D打印成可持續(xù)的大型結(jié)構(gòu)的新方法。

研究團(tuán)隊(duì)利用內(nèi)部開發(fā)的混凝土（使用當(dāng)?shù)貜U料作為粘合劑）和DeltasysE-Forming建筑單元， 3D打印出一塊獨(dú)特的"城市家具"。據(jù)工程師們說(shuō)，這種結(jié)構(gòu)通常需要大量的材料、勞動(dòng)力和模板，但利用設(shè)計(jì)優(yōu)化使他們的混凝土消耗減少了75%。

△研究人員的3D打印 "城市家具"。圖片來(lái)自IIT Guwahati。

Deltasys E-Forming的技術(shù)

Deltasys E-Forming由其現(xiàn)任首席執(zhí)行官和首席技術(shù)官Virendra Kadam和Murlidhar Sutar于2018年成立，是一家位于印度的初創(chuàng)公司，專門設(shè)計(jì)和制造大型擠壓式3D打印機(jī)。自成立以來(lái)，該公司已在西馬哈拉施特拉邦和北卡納塔克邦工業(yè)帶建立了強(qiáng)大的客戶群，迄今已售出超過(guò)250臺(tái)其專有機(jī)器。

Deltasys公司的產(chǎn)品圍繞著其DE10X和DE200 3D打印機(jī)。這兩臺(tái)FFF機(jī)器，前者是為了生產(chǎn)精確的大尺寸零件而設(shè)計(jì)的，具有500x500x500mm的構(gòu)建體積，而后者要小得多，但保留了以僅為90微米的層分辨率制造高度精確物體的能力。

目前，Deltasys E-Forming公司既銷售其系統(tǒng)，也為客戶提供按需生產(chǎn)零件的服務(wù)，同時(shí)瞄準(zhǔn)了鐵路、航空航天、汽車、海軍和醫(yī)療領(lǐng)域。然而，該公司也在低調(diào)地開發(fā)第三個(gè)面向建筑的系統(tǒng)。雖然對(duì)這臺(tái)打印機(jī)知之甚少，因?yàn)樗��?019年以來(lái)一直處于保密狀態(tài)，但據(jù)說(shuō)它的容量可達(dá)10立方米。

△DeltasysE-Forming公司目前的3D打印陣容。圖片來(lái)自DeltasysE-Forming公司。

進(jìn)入低碳建筑領(lǐng)域

印度理工學(xué)院古瓦哈提分校的團(tuán)隊(duì)引用了在住房、橋梁和其他基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中部署3D打印技術(shù)的進(jìn)展，稱該技術(shù)有可能 "啟動(dòng)建筑實(shí)踐的范式變革"，并且作為繞過(guò)傳統(tǒng)模具鑄造工藝的一種方式，具有特別的前景。

為了測(cè)試這些想法，研究人員已經(jīng)部署了Deltasys E-Forming的新系統(tǒng)，據(jù)說(shuō)他們自2021年以來(lái)一直在共同開發(fā)該系統(tǒng)，作為一個(gè)試點(diǎn)家具3D打印項(xiàng)目的一部分。

為了使該結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)過(guò)程中不會(huì)自我坍塌，工程師們最初分別使用SolidWorks和Simplify3D將其設(shè)計(jì)成拱形支架。該團(tuán)隊(duì)還專門為該項(xiàng)目開發(fā)了一種水泥混合物，據(jù)說(shuō)該混合物使用當(dāng)?shù)氐牟牧献鳛檎澈蟿�，這種方式使其更具凝聚力，同時(shí)減少其碳含量。

一旦他們對(duì)家具設(shè)計(jì)進(jìn)行了建模和切片，研究人員就以80毫米/秒的速度和10毫米的層高將其3D打印成一個(gè)0.4x0.4m的座椅結(jié)構(gòu)。雖然制造過(guò)程本身只花了20分鐘就完成了，但據(jù)說(shuō)椅子在打印后還必須用潮濕的麻袋覆蓋7天，以便在使用前讓它固化。

鑒于使用他們的新型材料所實(shí)現(xiàn)的材料、準(zhǔn)備時(shí)間和勞動(dòng)力的節(jié)省，工程師們說(shuō)，它還可能對(duì)多功能建筑應(yīng)用產(chǎn)生全球性影響，他們現(xiàn)在計(jì)劃調(diào)查其水下3D打印潛力，但I(xiàn)IT-Guwahati的主任TG Sitharam對(duì)其最終使用的可行性更為謹(jǐn)慎。

IIT-Guwahati主任T.G.Sitharam說(shuō):"我們已經(jīng)展示了如何在我們的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的3D打印機(jī)中生產(chǎn)材料高效的結(jié)構(gòu)，但是從印度的情況來(lái)看，必須進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，不僅要考慮到環(huán)境的可持續(xù)性，還要考慮到與3D打印相關(guān)的成本、質(zhì)量、勞動(dòng)力和維護(hù)等方面。"

△近年來(lái)，部署3D打印技術(shù)來(lái)建造可持續(xù)的街道家具已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。圖片來(lái)自The New Raw。

3D打印可持續(xù)建筑

雖然使用印度理工學(xué)院古瓦哈提分校團(tuán)隊(duì)的新型低碳材料制作家具無(wú)疑比用普通水泥制作更環(huán)保，但該項(xiàng)目遠(yuǎn)不是第一個(gè)提出更可持續(xù)的建筑3D打印方法的項(xiàng)目。早在三年前，荷蘭設(shè)計(jì)工作室The New Raw就在希臘建立了一個(gè)零廢棄的實(shí)驗(yàn)室，在那里它還用回收的塑料3D打印了椅子。

在最近的發(fā)展中，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院數(shù)字建筑技術(shù)部門的一個(gè)團(tuán)隊(duì)也公布了一種新型泡沫打印技術(shù)。據(jù)稱，這種礦物泡沫由回收的廢物制成，可以沉積到復(fù)雜的模板中，能夠澆筑出幾何優(yōu)化的板塊，這種方式可以減少用戶的混凝土消耗量達(dá)70%。

在其他地方，在3D生物打印領(lǐng)域，麻省理工學(xué)院的科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出一種家具3D打印材料，有可能完全切斷使用木材或水泥作為原料的需要。利用一種類似于用于種植植物和肉類組織的培養(yǎng)技術(shù)，那里的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成功地人工生產(chǎn)出木質(zhì)細(xì)胞，這些細(xì)胞將來(lái)可以被建造成可持續(xù)的建筑。