走红的3D打印技术:从打印鼠标到打印房子

2012-09-05 15:30:37  被浏览次数:1223

       3D打印最近很红。

  《经济学人》杂志将这种技术列入第三次技术革命范围。“而今,我们仍然无法预测,3D打印将在漫长的时光里如何改变这个世界。”

  这是什么样的一项技术?

  它与普通打印机工作原理基本相同,打印机内装有液体或粉末等打印材料,与电脑连接后,通过电脑控制把打印材料一层层叠加起来,最终把计算机上的蓝图变成实物。

  最初,这种快速成型技术制造出拳头大小的鼠标;后来,它打印出了最高时速达141公里的赛车;最近,南加利福尼亚州大学霍什耐维斯教授领衔的“轮廓建筑工艺” (ContourCrafting)项目组,试图利用3D打印技术在月球上“打印”一栋建筑!

  日前,霍什耐维斯教授及其项目组部分成员接受了本报记者的专访,首次向国内媒体揭秘“在月球上打印房子”的奥秘。

  打印一栋房子只需20小时

  霍什耐维斯教授研发这项技术的最初动力,来自1994年某次地震后,他修复自家受损房屋过程中,感受到的种种人力所不及:速度慢、不安全、成本高。这样危险、辛苦的工作,为什么不能完全由机器来完成呢?

  通过多年的潜心研究,霍什耐维斯教授研发出了“轮廓建筑工艺”技术,2004年,该项技术就已经能够“打印”出5英尺(约合1.52米)长、3英尺(约合0.91米)高、6英寸(0.15米)厚的建筑部件。随着近年来的技术改进,该技术不仅能够“打印”方形、圆形、环形甚至不规则形状的房屋部件,也有能力“打印”一整栋房子。

  霍什耐维斯教授向记者提供的材料显示,房屋是这样被打印出来的:

  先在要修建房子的空地上,安装巨大的 “打印”设备,而这一过程只需要两三位工人花费几个小时。这个设备的外观,有点像建筑行业中使用的两边有滑轨的巨大行车,只不过行车横梁上通常用来装吊货物的部分,装有巨大的给料器,按照房屋3维设计图,稳定均匀地挤压出混凝土,一层层地“打印”叠加,同时机械手还能拾取旁边的其他建筑材料安装,甚至还能做铺设瓷砖那样的精细活。

  按照教授的估算,若要建起一栋2500平方英尺(约合232.3平方米)的房屋,仅需要20小时左右。

  这样的“打印机”,不仅能“打出”一栋房屋,还能够建起一整片房屋群落,而且能够使得同一个群落内的房屋呈现不同的样貌。

  记者迫不及待地问霍什耐维斯教授:什么时候能够看到“打印”出来的房子?

  他幽默地说,那个大家伙目前放在实验室内,真要搬出来造房子,得先把实验室拆了才行。目前,那台巨大的“打印机”,还主要用于打印一些建筑部件等等。“轮廓建筑工艺”还处在技术转化阶段。

  据霍什耐维斯教授介绍,除了节约时间外,“轮廓建筑工艺”最主要的优点之一,就是极大降低建筑成本。

  他打了这么一个比方:就像用机器来制鞋和纯手工制鞋子一样,当然是机器制的鞋子比手工造的鞋子便宜。在美国目前的建筑成本中,45%-55%是人力成本;25%-30%是材料成本;如果使用“轮廓建筑工艺”来建造房子,那么人力成本几乎为零。成本的降低并不等于质量的下降:经测算,“轮廓建筑工艺”“打印”出来的建筑的最高强度能达到10000PSI(约合69.0MPa),而人工建成的强度一般只有3000PSI(约合20.7MPa)。霍什耐维斯教授还特别强调,人力劳动的减少,自然能有效避免工伤事故。

  “轮廓建筑工艺”技术还能打印不同功能的房子。

  在霍什耐维斯教授的项目中,大致分以下两类:

  第一类是紧急用房,即给遭受自然灾害的灾民或者被迫逃离家园的难民居住的房屋。“轮廓建筑工艺”技术建造出来的是真正的房屋,还能安装各种设施,强度和功能性都要优于现有的救灾帐篷或者活动板房,且速度快。

  第二类是低成本住房,用于给穷人居住,能改善他们的居住条件,这类房屋的强度要比第一类更高,所需要的建造时间也更长一些,工序要更多。

  霍什纳维斯教授的博士生、“轮廓建筑工艺”成员项目组张靖和袁宵表示:据先前一项估算,如果该项技术能够普及,机器的造价大约在10万到15万美元左右,一般的小型建筑公司完全能够负担得起。

  “月球建筑工程”

  教授领衔的课题组一年前把重心转向了另外一项美国航天局出资的项目“月球建筑工程”。该工程其实也是“轮廓建筑工艺”技术的一种延展运用“走出地球迈向太空”:

  由于“轮廓建筑工艺”几乎不需要人力劳动,在目前把人类送上月球的成本还很高的前提下,利用这种技术在月球等外星球造房子是最佳的选择。

  它可以建造航天器着陆场、防护墙以及永久基地等各种功能建筑。在月球环境下,“轮廓建筑工艺”技术所需要的机械,要考虑在没有大气层以及1/6地球重力等条件下工作的特殊情况,进行相应调整,所以它比在地球上造房子所需要的时间要更长一些,造100平方米左右的房子,可能需要两三天的时间。

  张靖告诉记者,因为月球环境的特殊性,这项工程需要攻克的难关更多,目前最急需解决的难题是建筑材料哪里来?

  曾有专家提出一种方案,在地球上建好所需各种部件,然后运到月球上组装,但这个方案的代价太高。

  张靖给记者算了一笔账,把地球上1千克的物体运到近地轨道大约需要1.5万美元,而运到月球可能花费10万美元左右,如此天价,即便是地球上再有钱的国家都承受不起。剩下的选择就只能就地取材,利用月球现有的土壤。

  目前工程组正在进行两种尝试:一,将月球土壤加热到1100摄氏度,使其融化成所需的流体形态建材;二,将月球土壤与硫磺(该材料可以从月球土壤中提取)混合物加热到130摄氏度融化后,形成具有一定流动性的所谓 “高科技混凝土”,这种混凝土的表现一点都不比地球上所用的混凝土逊色。

  以目前进度而言,若在充沛的资金支持下,那么最早到2015年左右,人类就可以实现在月球上造房子的梦想了。

  虽然美国的重返月球计划目前暂时遭到了搁置,但是世界上包括中国在内的多个国家,都有在近20年内登月的计划。因此项目组对这项技术在世界范围内的推广运用,非常有信心。

  3D打印技术将改变世界

  “"轮廓建筑工艺"能够改变建筑业,3D打印技术却将改变世界。”霍什耐维斯教授在采访中如是说。

  3D打印技术发明到现在仅有几十年的时间,正是打印材料的多样化,给3D打印技术安上了腾飞的翅膀,美国《时代》周刊已将3D打印列为“美国十大增长最快的工业”。

  贝宝的联合创始人之一安德拉斯

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