对于新兴的3D打印行业来说，缅因大学的3D打印技术向前迈出了一大步先进结构与复合材料中心制作了一个完全由生物材料制成的原型房子。

600平方英尺。该建筑于11月在该大学的Orono校区揭幕，由木纤维和复合材料中心描述的生物树脂组成，使建筑完全可回收。房子的所有部件——屋顶、墙壁和地板——都是在该大学所说的世界上最大的聚合物3D打印机上打印的，2019年用来制造一艘船的设备也是这个设备。

打印成四个模块，每个模块重约一万磅，BioHome3D根据该大学的一份声明，在复合材料中心外的地基上组装大约花了半天时间。电力系统在两小时内恢复运行。

缅因州州长珍妮特·米尔斯(Janet Mills)、美国能源部和橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)的代表等官员在感恩节前出席了揭幕仪式，他们称赞这项技术是在劳动力短缺和供应链问题严重的时代提供更多经济适用房的一种方式。打印出来的建筑很快就能建成，现场工作量最小，几乎没有生产浪费。

“我们的州正面临着住房危机和劳动力短缺的完美风暴，”米尔斯说，“但缅因大学再次站出来，表明我们可以用缅因州标志性的独创性来应对这些严重的挑战。”

BioHome3D由ASCC与橡树岭国家实验室合作开发。

开发商看到了住房问题的答案

打印房屋和房屋部件是一项新兴技术，但并不完全是新技术。2016年，一家荷兰公司推出了一个86平方英尺的微型原型。它被安装在阿姆斯特丹的一个城市度假地。随着设备的改进和科技公司对其潜力的探索，这项技术可以提供什么，这是一个预告片。两年后，一家总部位于旧金山的住房慈善机构与德克萨斯州奥斯汀的ICON科技公司合作，打印出了一个原型，并在当年的西南偏南大会上首次展出。

Quartz网站称该建筑是第一座符合规范的3D打印房屋，可以获得允许人们实际居住的许可。新的故事该公司表示，该技术可以用来帮助解决拉丁美洲和加勒比贫困地区严重的住房短缺问题。打印房屋只需几个小时，比传统的建造成本更低，有可能生产800平方英尺的房屋。房子大约4000美元。

建筑的墙壁是由计算机控制的设备打印的，该设备可以分发连续的条纹专有的材料ICON称之为Lavacrete。"打印复杂的形状，比如弯曲的墙壁，就像制作一个普通的矩形一样简单。但这项技术也有其局限性。虽然Vulcan打印机可以制造墙壁，但仍然需要木匠来安装窗户、门和框架屋顶。实际上，该设备是在现场打印墙壁，而不是房屋。

在西南向南会议揭幕一年后，New Story和ICON宣布他们将使用Vulcan打印机在一个未公开的拉丁美洲地点制作一组小房子。最近，ICON和住宅开发商莱纳(Lennar)表示，他们将在德克萨斯州乔治敦(Georgetown)打印一个100户家庭的社区狼的牧场．共有八层平面图，面积从1574平方米到2122平方米不等。有三间和四间卧室。起价将在40万美元左右。

ICON是众多探索3D打印技术可能性的公司之一。技术创新者强大的建筑而且分支技术正在使用3D打印，更正式的说法是“增材制造”，为住宅和商业项目制造建筑组件。在休斯顿，一家总部位于纽约的公司汉娜开始打印美国第一个多层建筑，根据Dezeen的文章．4000平方英尺。房子是用混凝土材料打印的。

Mighty Buildings表示，该技术将施工时间缩短了一半，产生的垃圾比传统建筑少99%。墙板的拉伸和弯曲强度是混凝土的四倍，根据该公司的说法，工厂的墙板可以根据任何房屋计划定制。它的复合石头状材料由60%的回收树脂制成。

是什么让BioHome与众不同

混凝土是一种含碳量高、r值低的材料，似乎是最常用的打印房屋的材料。BioHome3D的木纤维混合物解决了这两个缺点。房子的隔热效果并不好，因为它实际上是由隔热木纤维和吹进来的纤维素制成的。复合材料中心表示，r值可以根据特定场地的需要进行定制。

ASCC执行董事Habib Dagher博士在一份事先准备好的声明中说:“许多技术正在开发用于3D打印房屋。”但与BioHome3D不同的是，大多数都是用混凝土打印的。然而，只有混凝土墙是印在传统浇筑的混凝土基础上。传统的木框架或木桁架被用来完成屋顶。与现有的技术不同，整个BioHome3D是打印出来的，包括地板、墙壁和屋顶。使用的生物材料是100%可回收的，所以我们的孙辈可以完全回收BioHome3D。”

对于越来越多的建筑商来说，混凝土是一个特别敏感的话题。在世界范围内，水泥(混凝土的粘合剂)的生产估计占所有温室气体排放的8%。使用大量混凝土的建筑物会预先承受沉重的碳惩罚，这可以抵消更高的运行效率所节省的碳量。从短期来看，像克里斯·马格伍德这样的专家奋进号中心相信降低建筑材料中的含碳量在减缓全球变暖方面，这比降低运营碳更重要。

这些担忧促使一些建筑商寻找含有少量碳生物基材料的材料，例如木纤维绝缘材料，同时避免使用喷雾和硬质泡沫、钢和混凝土等材料。从这个角度来看，BioHome3D看起来比使用混凝土的打印技术更有吸引力。

其他人也在研究这个问题。例如，Mighty Buildings公司表示，他们与Fortera公司建立了合作关系，Fortera公司开发了一种新型水泥，与传统混凝土相比，这种水泥可以减少60%以上的二氧化碳排放。Mighty Buildings表示，这一合作关系将帮助该公司在2028年实现碳中和。

缅因州原型机的细节

Dagher在电话中说，打印BioHome3D技术是该大学几十年来研究的成果，包括在世界各地对一种挤出的木质材料进行的测试。在赤道地区，它的表现超过了加压处理的木材。

这个过程从锯木厂剩余的木材开始，这些木材曾经流向纸浆和造纸厂。木材纤维被研磨成微米和纳米大小的颗粒，并与一种可以从玉米、木材或其他材料中提取的树脂结合(这栋房子的确切树脂混合物没有透露)。大约60%的材料是木粉重量和其余是树脂。

印刷材料不易腐烂，因为树脂可以防止水侵入。当要回收一座建筑时，它只是被碾碎，剩下的部分另一次通过打印机发送出去。Dagher说，复合材料中心正在研究的一件事是，在重复印刷、回收和再印刷之后，材料的原始性能会发生什么变化。

打印工艺的一个优点是，墙壁和屋顶的厚度——以及建筑物的r值——可以根据现场条件进行调整。在Orono的示范房子里，墙壁大约有10英寸。很厚，屋顶比这还要厚一点。这可能不足以满足缅因州目前的法规要求，该州属于气候6区，但使它们更厚不是问题。

Dagher说:“你可以将空腔厚度调整到任何你想要的尺寸，因为打印机并不关心。”“当你去买木材时，你找不到2x14的。他们根本不存在。但在我们的情况下，2x14不是问题…而2x16的也不是问题。我们可以缩放到你感兴趣的任意R值。我们的目标是设计r值…我们可以根据需要调整墙的厚度。”

墙体部分打印有内层和外层。两者用桁架状钢筋连接，空腔内填充纤维素绝缘材料。全生物材料组装是一个比混凝土更好的绝缘体，它也隔离碳。他说，如果这个过程可以包括可持续生长的森林作为木材的来源，“树木就会成为碳封存器，房子就会成为碳储存单元，这就是我们看待这个特殊过程的方式。”

随着时间的推移，打印速度——这是使打印结构在成本上与粘贴建造结构具有竞争力的关键——急剧提高。

当被问及打印BioHome3D需要多长时间时，Dagher笑着说:“现在，太长了。但当我们几年前开始做这个的时候，它是每小时20磅。当我们打印这个房子的时候，每小时120磅，快了6倍，就在上个月我们安装了一个500磅。-每小时挤出机，我们正在进行测试。这项技术的关键在于我们现在正在做的扩大规模。对于第一个原型，我们不追求速度，我们追求的是它真的有用吗?这能做到吗?它能在环境中保持吗?这就是我们正在努力解决的问题。”

Dagher说，最终的目标是在48小时内打印出这么大的房子。他认为，在这一点上，它比传统框架的建筑更便宜。

BioHome3D配备了各种传感器来测量热阻，热桥接，结构完整性和其他值，以更好地理解过程的关键。一些墙壁保留了印刷，其他墙壁覆盖了石膏板，向游客展示了不同的选择。但达格尔表示，这种生物原料一直很受欢迎。

“人们喜欢它的样子，”他说。“当他们走进来的时候，他们会说，哇，我想住在这里。我还没见过一个来这里的人不想住在这里。有一种很温暖的感觉。有人走过来告诉我，这里不应该是低收入者的住宅，而应该是非常高端的住宅。”

打印建筑部件，而不是整个建筑

模块化建筑、板式建筑和结构隔热板建筑(SIPs)都曾被吹捧为令人兴奋的新技术，具有加快生产和减少浪费的潜力。有些建筑在世界各地都很常见，比如斯堪的纳维亚半岛，大多数新房子都是用非现场制造的预制构件建造的，但这种建筑在这里流行得很慢。大多数独栋住宅仍然由木匠在现场组装，他们一次切割一个钉柱、托梁和头板。空气密封和绝缘是一项费时费力的工作，许多购房者买不起高性能的房子。

3D打印有那么好吗?它能与高性能的现场建造房屋相媲美吗?它能被广泛应用到足以在建筑行业产生真正的影响吗?

伦敦布鲁内尔大学(Brunel University)高级讲师、土木工程副教授赛义德·加法尔(Seyed Ghaffar)博士认为，最有前途的方法是打印积木，这些积木可以像乐高积木一样组装起来，形成建筑物。

他的自己的工作作为建筑研究集团增材制造技术的负责人，他专注于使用回收废物取代3D打印中的原始骨料，制作可以缝在一起形成墙壁的砖。

“预制构件形式的现代建筑方法在解决建筑行业的挑战方面可能更有潜力，”他在一封电子邮件中说。“3D打印技术可用于工厂更有效地生产预制构件。在不久的将来，在整个建筑行业，机器人将发挥重要作用，特别是在装配式建筑中。”

加法尔说，他的团队已经能够用可回收的骨料来代替沙子进行打印，并且已经完全用工业副产品取代了硅酸盐水泥。

“低碳混凝土是前进的方向，为可持续的未来带来了一些希望，”他说。但Ghaffar补充说，在他看来，生物基材料还没有开发到足以在行业中“大规模实施”的程度。

打印部件而不是整个建筑也是Mighty buildings和田纳西州查塔努加的方法。，基科科技一直追求。

去年年底，根据这份报告Mighty Buildings在Dezeen上发布了据称是世界上第一个3D打印净零住宅，是加利福尼亚州沙漠温泉40个单元开发项目的一部分，占地1171平方英尺。这栋两居室的当代住宅由墙板制成，这些墙板是在该公司位于奥克兰的工厂打印出来的，然后在现场组装。Dezeen说，轻钢屋顶、管道和机械核心也都是在现场制作的，所有这些都在不到一天的时间内组装在混凝土板上。

墙体材料被公司称为“轻石”，比混凝土具有更好的热性能，重量减轻30%，含碳量更少。

这是解决住房问题的一部分，而不是全部

卢卡斯·托佛利是落基山研究所无碳建筑项目的负责人，也是RMI项目的负责人先进建筑施工协同他承认，打印出来的混凝土建筑本身并不能成为很好的绝缘体。

他在电话中说:“我们在研究这项技术时遇到的一个大问题是，它的能量性能，尤其是被动式包络性能在哪里适合它。”“仅仅因为你用混凝土进行3D打印，并不意味着你放弃了任何形式的绝缘。这只是意味着你必须考虑它，很可能是建筑过程的一个单独部分。”

例如，ICON表示，它使用开孔泡沫来隔离其结构，具体细节取决于位置。

混凝土的低热阻(远低于R-1每英寸)是缅因大学的生物打印如此有趣的原因之一，Toffoli说。除了具有更好的热性能外，生物基原料还可以隔离碳，解决使用混凝土建筑材料的另一个固有缺点。

看着一个机器人把像牙膏一样的材料做成条状，形成整个建筑物，或者建筑物的一部分，这是一种一定的魅力。一个电脑控制的头在不停地巡视，不知疲倦地精确地建造墙壁。没有休息时间。不要太短的耳钉。但这项技术真的能被引入建筑行业的主流吗?

“我认为它有潜力，”Toffoli说。“我不认为这是噱头。我也不认为它是万灵药。我觉得它有一席之地。这很有趣，这是一项不断发展的技术，在某些应用中会很有用，但我不认为它会占领整个住宅建筑领域。”

他说，它特别适合军用住房场景或世界上一些地区的建筑，那里的环境压力，如风或风暴，你想要一个非常坚固的建筑，可以快速部署。他补充说，对住房的需求是如此迫切，3D打印可能是一个有用的补充，即使它不会取代更传统的建筑形式。

他说:“在房屋建设方面，我们现在的情况是，我们需要更多、更好、更快的住房，而我们需要它的时候，建筑劳动力的趋势并没有朝着我们所需要的方向发展。”“正因为如此，我认为这是一个全员参与的局面，我欢迎多样化的创新解决方案，我认为3d打印是其中之一，但不能解决所有情况下的所有问题。”

Toffoli继续说道:“我认为，在美国面临的气候和住房供应挑战以及劳动力能力问题上，我们都处于如此可怕的境地。当我看到诸如3d打印将拯救世界或解决住房危机之类的头条新闻时，我对此持怀疑态度。但我不会说3d打印作为一个概念只是一个噱头。它有自己的一席之地，它还指的是一系列彼此截然不同的技术，但它本身并不能解决我们所有的问题。”

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斯科特·吉布森是GBA网站的特约撰稿人良好的住宅建筑杂志。本文更新于1月11日。