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10, 8月 2022
小到衣食、大到住行万物皆可3D打印

3D打印技术作为一种革新技术,正在逐渐“强势”地闯进我们的生活。凭借在满足客户个性化和定制化需求方面的优势,和使用材料的减少对提高工业生产效率的价值提高,3D打印技术越来越广泛地被应用于各行各业产品零件的生产和研发中,给全球制造范式带来了颠覆性的变化。

2015年,荷兰服装设计师Pauline van Dongen使用3D打印制作出了一套“会呼吸”的服装——衣服会根据人的运动自然伸缩,像珊瑚一般呼吸,用未来科技向时装界发起了创新的挑战。

作为世界第二大农产品出口国,从开发出世界上第一台3D面食打印机的原型,到医院使用3D打印技术为患者定制个性化的营养膳食,荷兰将3D打印技术与农业创新结合,走在了世界前沿。

该桥梁由荷兰埃因霍温理工大学与BAM Infra建筑公司合作建造,由3D打印技术堆砌了800层材料,长约8米,可以承受40辆卡车的重量。

其建造时间却仅为3个月,混凝土的精准使用也使材料成本和资源浪费降低了许多。

就在不久前,世界上第一座3D打印钢桥投入使用,这座桥坐落在阿姆斯特丹的一条运河上,注入了无数传感器,可以检测压力、运动、震动和温度。

截至2020年,荷兰共有76家3D打印技术相关的初创公司。同时,欧洲专利局(EPO)的调查发现,荷兰的3D打印发明家和研究人员是最活跃的专利申请人之一。即便如此,荷兰并没有因为处在3D打印行业的领先地位就松懈。

时至今日,荷兰人仍然在不断开发、探索3D打印技术的突破性发展,向全球传播其超凡创意。

2021年,荷兰人口超过1700万,大量的人口聚居于城市地区,日益增长的人口数量已经超过可负担住房的数量。

2020年荷兰住房市场报告显示,从当前的人口增速来看,荷兰到2030年前至少需要建造84.5万套房子。

同时,受到2008年全球金融危机的影响,许多建筑公司宣布破产,导致荷兰建筑工人短缺,住房短缺现象较为严重。

住房短缺进一步加剧了房价的上涨。对于那些单身的年轻人来说,想在城市里找到落脚安家之处可谓难上加难。也正因为如此,荷兰无家可归的人数呈持续上升状态。

建筑对环境所带来的影响也是不容忽视的。世界观察研究所称,建筑行业每年消耗全球40%的原石、砾石和25%的原生木材,其中大半能源都是不可再生能源。

传统房屋建造过程中所浇筑的混凝土是实心的,实际所用的混凝土量远多于建设需要的混凝土量。而生产混凝土的过程中会释放大量的温室气体,加剧了环境恶化。

此外,建筑过程中所产生的噪音、空气污染、水污染和光污染扰乱了野生动物的自然昼夜节律,生物多样性急剧减少。国际能源署执行董事Fatih Birol表示,若建筑行业不能实现可持续的发展,其所产生的环境污染将对全人类的生存带来威胁。

在人口增长、住房短缺、环境恶化的背景下,荷兰人创造性地提出新设想:能否有一种建造方式,既能省时省力,还能缓解环境问题?

2016年,荷兰建筑师事务所DUS Architects 在阿姆斯特丹建造了一间由3D技术打印而成的迷你小屋和和一个浴缸。

这座3D打印小屋由可持续生物塑料制造,如果有一天小屋丧失使用价值,其可持续原材料也可以在粉碎后被打印成全新的设计。

2021年4月底,荷兰70岁的Elize Lutz和67岁的Harrie Dekkers成为了荷兰第一批3D打印住宅的租客,这是世界上首个基于3D混凝土打印的商业住宅。

此前,Lutz曾看过3D打印住宅的设计图纸,当时的他深深地被图纸上童话般的设计所打动。因此,当他在网络上看到该3D打印住宅的出租信息时,便义无反顾地申请成为第一批租客。

该住宅坐落于埃因霍温市郊区一片树木繁茂的自然环境中,巨石状的房屋自然地融入其中,与周围环境交相呼应,让租客能够零距离地与大自然亲密接触,获得心旷神怡的住房体验。

房屋总面积达94平方米,包含一个客厅和两个卧室,并配备齐全的家具设施。此外,房屋月租金为800欧元(约合人民币6143元),远低于市场租金均价。对于夫妻来说,无疑是一个足够温馨舒适的经济适用房。

房屋由24个3D打印的混凝土构件在异地逐层打印,随后这些构件被卡车运到建筑工地,置于已有的地基上,进一步安装屋顶和窗框。通过暴露在外的墙体,租客能够清晰地看见层层纹理,从中窥见3D打印技术的奇妙原理。

埃因霍芬科技大学教授Theo Salet是3D打印领域的一名研究者,他表示,与传统建造相比,3D打印住宅可节省约30%的材料,将水泥的使用量和运输量控制在最低水平,降低建造成本,减少对环境的影响。

与建筑工人相比,机器在效率和时长上也颇具优势。通过机器无间断地打印,仅仅花费120小时就能建成整座房屋,大大缩短了建筑时间。

此外,3D打印具有较高的适应性。在未来,荷兰预计将使用3D技术进行大规模现场房屋建造,以缓解荷兰国内房屋资源短缺问题。

同时,由于传统混凝土的形状非常僵硬,房屋形状大多统一,而房屋建造所使用的3D打印机本质上是一个沿着二维轨道移动的在空中的机械喷嘴,建筑师可以根据自己的喜好或住户要求随心设计房屋。

当然,对于即将成为第一批“小白鼠”的Lutz和Dekkers夫妇来说,最大的顾虑显然还是安全问题。

3D逐层打印的方式不仅增加了墙壁的坚固性、隔音性和隔热性,还便于建筑团队在施工过程中将无线传感器安装在正确的位置,为租客提供智能化的住房体验感。

随着3D打印技术在建筑领域应用的可能性和前景逐渐扩大,人们对于安全性的需求也大大增加。

一般来说,3D打印建筑多采用复合石料或使用浇灌水泥和混凝土,材质具备一定的稳定性。

另外,由于房屋采用整体打印技术,“一体化”的结构方式较为稳定,具备一定的“抗震性”。

虽然目前全球范围内并没有针对3D打印建筑的统一业界标准,但可以预见的是,随着美国产品安全认证机构UL制定的评估和审批3D打印建筑的流程和规范框架,3D打印住宅将越来越规范化和市场化,为全球建筑行业提供新的可能与潜力。

在追求卓越和创新上,荷兰人一直走在前列。在建筑、医疗、时装、食物等领域,荷兰用创新精神将许多“不可能”变成了“可能”,制造了许多3D产品。

2015年,国务院开始实施《中国制造2025》战略规划,计划早日实现制造业转型,在一定程度上推动了3D打印技术的发展。2016年至2020,中国3D打印市场规模从53.8亿元增长至203亿元。

由于其低成本、高效率、优质量的特点,3D打印技术逐渐被广泛应用于建筑、航空航天、医疗、汽车等领域。2019年11月,中国建成世界首例原位3D打印双层建筑,标志着原位3D打印技术在建筑领域取得突破性进展。

不过,目前来看,在面临气候恶化、资源耗竭等极端危机的当下,3D打印技术仍需要不断借鉴荷兰等国的先进技术,加速从“中国制造”向“中国智造”转变,助力人类实现可持续发展。让我们一起期待3D打印创造的无限可能。

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