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用3D打印机打印建筑物
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3D打印的结构已经出现。如今专家们正在使用传统的设计软件和定制的3D打印机打印水泥房子。像它们小尺寸的兄弟一样，建筑物的3D打印机能够制成迄今为止没办法制成的形状，如改善通气的渠道，特别的建筑特征以及千奇百怪的花样装饰。
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南加州大学的教授比洛克·霍什内维斯正在打印建筑物。几年前，他和他的学生开始将实验黏土作为打印材料。现在，他早期的研究取得了进步。他可以使用名为轮廓工艺的建筑机器人，建造出大型混凝土建筑。
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建筑机器人的工作原理跟普通大众使用的“喷嘴”3D打印机基本类似，都通过一个喷嘴打印头来挤压原材料。机器人通过喷射水泥浆来勾画出建筑结构的轮廓，然后使用纤维材料进行加固。随着打印头的不断移动，底层逐渐变硬，从而难以支撑不断增加的墙壁的重量。
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目前，轮廓工艺机器人能够建造高7英尺(2)、长23英尺、宽15英尺的建筑结构。比洛克估计他的打印机可以20秒内建造1平方英尺的墙。轮廓工艺几秒内就可以铺设厚的水泥浆流，它拥有两个旋转铲子，随着水泥浆的注入，旋转铲子不断磨平每层水泥。
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图10–9 轮廓工艺从喷嘴中喷射纤维增加水泥强度
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图片来源：Behrokh Khoshnevis Center for Rabid Automated Fabrication Technologies(CRAFT) at the University of Southern California
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现在，轮廓工艺技术尚不能将关键的基础设施嵌入到它的水泥毛坯中，如管道和电线。但相信总有一天，将会加入更复杂的建筑工具来帮助建筑机器人打印，例如新加一个“管道安装工”，机器人就能够将管道铺进逐渐变硬的水泥中。
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科幻小说家布鲁斯·斯特林有一句名言：“就像白蚁在地球上建造城堡一样，机器人也可以在月球上建立起摩天大楼。”因为有太空旅行的想法，美国国家航空航天局资助了几个比洛克的建筑研究项目以探索在外太空建造建筑物的可能办法。比洛克预想某一天能够在月球和火星上盖房子，或者在地球上提供紧急的低成本住房。
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在大西洋的另一边，意大利比萨斜塔的外面，意大利设计师和建筑师恩里科·迪尼设计了一个计算机引导的3D打印施工方法，使用沙子和一种无机黏合剂来建造人造砂岩。沙子是全球最常用的建筑材料之一。恩里科描述他的打印作品就像大理石一样光滑，冰凉，坚硬。他把他的建筑打印机命名为“D型自动化建造系统”。连接到D型打印机上的计算机运行计算机辅助设计软件，可以引导自动化手臂在一片沙床上一点点移动。
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D型打印机通过许许多多的小打印头将液体黏合剂挤压到沙床上，黏合剂含有催化剂能够快速黏合沙子。反复工作4遍之后，打印层开始凝固，再将新沙子撒到上面，重新校对自动化手臂，在第一层的上面重新涂一层黏合剂。打印的墙壁凝固需要花费约1天的时间。
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我们在恩里科的网站上看到，黏合剂非常牢固，可以替代铁来加工建筑。由D型打印机打印的人造石头能够由任何一种沙子支撑，而且比普通水泥更坚固、便宜。3D打印的砂岩结构比采用传统建筑材料建设更方便快捷。
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图10–10
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注：恩里科·迪尼用沙子和黏合剂打印出的结构。石面坚硬且光滑，外形和曲线很难用石头或大理石手工雕刻出来。
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图片来源：Enrico Dini and Andrea Morgante
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在写本书时，我不知道有没有人住在3D打印的房子里。但也许有人会做第一个吃螃蟹的人，来感受一下打印房屋里的各种设计构想。跟传统3D打印机能够自由打印形状一样，建筑物3D打印机能够在一个更大的范围内打印奇特而不寻常的物理形状。想象一下生活在一个有巨大石头圆顶或者像印第安人村庄的房子里，你可以对你的屋顶进行各种装饰，甚至可以打造你自己想象的怪兽状滴水嘴。
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图10–11
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注：“神奇板凳”是3D打印的水泥产品。使用传统的水泥浇灌技术不可能造出这种曲线和中空的内部管道。
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图片来源：Sungwoo Lim and Richard Buswell. Photo: Agnese Sanvito
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目前尚无法预估3D打印混凝土房屋的未来。但在小范围内，大家可以从打印一个简单的混凝土户外长凳开始。拉夫堡大学的一个研究小组（现设于诺丁汉大学）通过对轮廓工艺运行原理的整合和扩展，制造出3D打印水泥产品—“神奇板凳”。
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神奇板凳是一种内部带有通风管道的蜂窝状结构，研究者将其称为“空隙”。这些空隙可以作为良好的保温载体，或者只是简单地提供一个开放空间来安装额外的建筑部件，可能是我们之前提到的管道和电线。神奇板凳向我们展示了3D打印更大型且复杂的建筑结构的可能性。打印的建筑结构可能包括内置的电路、电线和水管，还可以包括智能空间或空隙。这样，之后就可以很容易地添加额外的住宅基础设施。