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“计算机可以加强建筑设计的过程，我称它为3D思维。”杰伦说，“现在我们正开始应用这项技术捕捉物体形状最复杂的部分—数据，然后我们就可以编译算法，使其成为设计对象里不可分割的组成部分。”
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“设计项目中最令人兴奋的事情就是拿到数据的时候。”杰伦巧妙地总结了数据在设计过程中所起到的越来越重要的新作用。不断增多的数据成为基于算法的智能设计和3D打印的原材料。来自各个渠道的数据被应用到建筑过程中，近期激光扫描已经成为建筑设计过程中的标准部分，传感器则成为另一个可以提供丰富信息的来源。
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杰伦解释到，他的课程的长期愿景（愿景的实现依赖于一到两个学期的课程）就是设计一个响应型3D打印机。他设想了一种建筑物的3D打印机，可以直接拉到现场打印房屋和其他建筑物。这种响应型打印机可以对传感器传来的数据实时响应。智能设计软件快速翻译传感器传来的数据，进而引导打印机在特定的环境下制造出根据外部条件优化的结构。
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一个响应型3D打印机将不断更新设计命令，并相应地调整它的打印过程。未来响应型设计软件将会不断调整所打印结构的建筑形状。智能设计软件能够调整建筑结构的空间形状，从而使建筑结构更稳定。除了能够引导外形变化，响应型的智能设计软件也能够引导3D打印机所用的材料或者组合材料发生变化。
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这种打印机运作起来会是什么样呢？杰伦在他的笔记本电脑上给我展示了一段概念视频。在屏幕上，一个大的打印头被一层层地放置，从而创造出一个带有波浪形墙壁和尖顶的蜂巢状圆屋顶。视频展示的这个特殊结构的设计理念部分来自于带有通风井的墙。
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杰伦说：“设计过程将包括智能化的部分，设计软件越来越复杂化，由自然环境决定的3D打印结构也会成为可能。”换一种方法来思考，也就是设计软件将作为一个动态响应电子蓝图，在一个封闭的反馈回路里，对3D打印机进行“传话”。
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我得知杰伦正在学校指导一个学生科研项目，试图发明一个能够打印几米大小结构的3D打印机。由于这种打印机市面上买不到，杰伦和他的学生正在拆卸一个大型的数控机床，并装配上一个3D打印头。他们摆弄这台机器，希望可以发明一个能够自由起伏摆动的打印头。
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响应型3D打印技术很有可能在5~10年内成为现实，杰伦告诉我说。我质疑说，发明一个大型打印机的本身结构相对而言就已经是这一项目的一部分了，而发明能够现场响应并做出最优决定的智能设计软件将花费更长时间。
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不同于建筑起重机将钢筋投放到指定位置的方式，一个3D打印的结构是由能适应压力和负荷的建筑材料的定制混合而成的。就像一块不断生长的骨头，当在上面放置重物时，就会变厚，而3D打印的响应型桥梁就能够随着模拟压力的增加而增厚。
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Fabbaloo博客（一个关注3D打印的博客网站）里一篇文章谈到个人制造和3D打印的问题时，是这样描述的：“想象一下，建筑用的大梁在需要坚固的地方坚固，在需要轻巧的地方轻巧—或者在稀疏的部分不用任何材料。造出的每一块都能够根据它的特有目的，应用最少的材料，提供最好的物理强度。”
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在理想的状态下，3D打印的结构能够采用本地可用资源制成，例如沙子或泥土。智能设计软件能够将材料混合，其本身就是一种复杂的艺术。而响应型3D打印技术要想变成现实，就需要更好的建筑材料、更有效的计算建模能力以及更强的变速数据分析能力，从而实时地响应设计的变化。
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响应型打印机能够应对各种现实挑战。它们能够为流动人口所用，如难民或自然灾害的受害者，帮助他们建造避难场所。在普通情况下，作为建筑材料的一种改善，响应型打印机能够建造出生态友好型高密度舒适住宅。响应型、智能型和现场型的施工将对未来军事和太空探索大有益处。
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便携式响应型打印机能够建造低成本住宅。根据《科技》（Txchnologist）杂志摩根·佩克的数据，在美国建一座2 800平方英尺(1)的标准两层楼房需要花费6周到6个月的时间，成本的一大部分来自于原材料，另外一块成本及困难源自施工过程和施工人员成本。
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3D打印技术和计算机让我们可以从自然系统中汲取养分，并将数学模型应用到设计过程中。设计师休·都百利总结道：“设计不再只关心物体本身，渐渐变成关心系统，而现在是系统的系统，或者说生态系统。从某种意义上说，这些系统都是活的，它们不断成长，共同进化。”
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3D打印：从想象到现实 [:1700398838]
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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。