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3D打印建筑革命：当混凝土成为流动的数字雕塑
在得克萨斯州乔治敦市的沃尔夫牧场社区里，存在着100栋住宅，那模样就跟外星堡垒似的，它们在悄无声息地，重新塑造着人类的居住历史。
3D打印建筑
这些表面，布满了灯芯绒质感纹路的建筑，并非出自传统的建筑工人之手，而是由宽45英尺、重4.75吨的Vulcan3D打印机，逐层堆叠而成。
Vulcan打印机
这台机械巨兽，正以毫米级的精度，将混凝土粉末、水以及沙子的混合物，转化为能够抵御龙卷风的坚固墙体，而且用3周的时间，就完成了传统建筑需要5组工人协作2个月才能完成的工作量。
一、打印原理：混凝土的数字化重生Vulcan打印机的核心，是一套精密的材料输送系统。
混凝土原料在Magma混合单元中经过2000次分钟的高速搅拌，形成具有触变性的"Lavacrete"——这种ICON公司的专利材料，通过3D打印喷嘴以5-10英寸秒的速度挤出，在空气中迅速凝结成结构层。
其打印过程，就好像在绘制立体图纸一般：第一层墙体打印完毕之后，机器人的悬臂开始动作，接着旋转了180度，接下来便开始了第二层的堆叠工作，每层的误差都被控制在了±2毫米这个范围之内。
这种“数字混凝土”技术不但成功实现了传统建筑较为难以达成的复杂曲面；而且把材料的浪费率从15%大幅度地降低到了3%。
沃尔夫牧场的墙体系统，在结构测试中展现出了惊人的强度——抗压强度超过传统建筑规范达350%。
而且抗剪强度达到了1.2MPa，这相当于能够承受12辆满载卡车的重量。
这种性能其实源自Lavacrete独有的微观结构：纳米级的硅灰颗粒，填充着水泥的空隙，并且玄武岩纤维增强了韧性，这样墙体在保持着轻质的同时，竟然具备了防弹级的防护能力。
二、效率革命：从劳动密集到智能建造传统建筑里，砌墙，支模还有浇筑等等这些工序，需要木工，瓦工，与此同时也需要钢筋工等多工种一起协作。
而在3D打印工地，仅需一名技术人员通过平板电脑远程操控Vulcan打印机，机器人就能完成90%的工作。
以沃尔夫牧场当作例子，单单一栋面积为185平方米的住宅，它的建造周期从60天被缩减至21天；而且人力成本降低了六成。
此中效率的提升极为明显，不但节省了诸多时间，还降低了不少成本。
这种效率提升，不仅源于设备的自动化，而且更得益于BuildOS软件系统——该系统能够自动去优化打印路径，进而减少喷头空走的时间达到了40%。
建筑工业化所引发的变革，不但在时间层面有所体现，像传统工地时常出现的粉尘污染、噪音干扰居民等状况，在3D打印现场已大大减少，施工扬尘的排放降低了80%。
更为关键的是，此种技术正在对建筑业的人力结构进行改变；而且未来的建筑工人也许得掌握编程方面的技能，而不是传统的砌墙技艺。
三、材料创新：混凝土的进化之路ICON的材料科学家为Lavacrete注入了"智能基因"。
这种混凝土，不但具备传统建材所具有的坚固性，而且通过独特的配方达成了防水、防霉以及防白蚁的这三重防护。
其防水性能，源于材料的致密结构，水渗透率仅为0.01m²s，而且是普通混凝土的1100倍。
在湿度常年超过80%的得州Lavacrete墙体，通过内置的湿度传感器，以及自动调节孔隙系统，将室内湿度稳定在45%-60%的舒适区间。
为应对极端气候，Lavacrete而且，它还具备自我修复的能力。
当墙体出现微裂缝的时候，内置的细菌孢子，会在水分的激活之下，分泌出碳酸钙，接下来自动地填充裂缝。这种“生物混凝土”技术使得建筑的寿命，从传统的50年，延长至100年以上。
四、空间突破：建筑美学的范式转移在沃尔夫牧场的"GenesisCollection"住宅群中，建筑设计师BIG-BjarkeIngels团队利用3D打印的自由形态，创造出前所未有的居住体验。
弧形墙体，与嵌入式家具一体化成型，这使得1500平方英尺的空间利用率提升了15%。
主卧的圆形观景窗，打破了以往传统直角所带来的限制，将得州丘陵那极为壮丽的景色，巧妙地框成了一幅如同在流动般的油画。而且它仿佛有着一种神奇的魔力，能让人们瞬间沉醉其中。
这种设计的自由度，甚至还延伸到了建筑的内部；厨房的台面，与墙面能够一气呵成，这样既减少了接缝，也降低了藏污纳垢的隐患，而且还实现了那种无缝的现代美学。
3D打印技术，正重新界定建筑的可能性范畴。
ICON同NASA协作研发的月球基地建造系统，已然在模拟月球环境里，顺利打印出抗压强度为60MPa的穹顶结构。
其实这种技术如果用于地球，将会全然改变偏远区域的建筑模式；并且无需搬运沉重的建材，仅仅凭借太阳能驱动的打印机，就能够在沙漠或是极地，迅速建造住宅。
五、技术瓶颈与未来展望尽管3D打印建筑，展现出了巨大的潜力，不过仍需突破两大瓶颈。
其一是无线信号阻隔问题——Lavacrete墙体对Wi-Fi信号的衰减率达90%，居民普遍采用Mesh路由器组网解决。
其二是成本方面存在挑战：沃尔夫牧场的住宅，其均价为45万美元，而且仍旧比在相同地段的传统住宅高出15%。
ICON正在研发的VulcanII打印机，通过双喷头协同作业将速度提升2倍，目标将单栋成本降至20万美元以下。
当混凝土，成为流动的数字雕塑，建筑行业正经历着，自工业革命以来，最深刻的变革。
从墨西哥那抗震的住宅，到得州这般的智能社区，3D打印技术不仅在重塑着建筑形态；而且在重新界定着住房公平。
此技术以实际行动彰显了其强大的力量，使人们瞧到了未来住房所具备的更多可能性。
随着材料科学，与人工智能的深度融合，未来的建筑，或许不再是冰冷的砖块堆砌，而是会呼吸，会生长的智能生命体。
这种变革，不单牵涉到技术层面的创新，而且关乎人类到底该怎样去与自然；还有与未来融洽地一同生存。其实这是一个值得我们深入思考的重要问题，它关系到人类的长远发展。
参考资料：
《3D 打印建筑的本质，是让混凝土在矛盾中达成平衡 - 科普中国》
《3d 混凝土打印机 | Stratasys 官网》
《第四届 “3D 打印混凝土材料与结构国际会议 - 2024”（3DPCMS - 2024）在杭州成功举办 - 土木建筑工程学院 - 双碳科学与技术发展研究院》
