將工業(yè)廢料水泥3D打印成生態(tài)友好型家具，為綠色城市建筑帶來新思路

2022年1月28日，南極熊獲悉，來自印度古瓦哈提理工學(xué)院（IIT Guwahati）的研究人員想出了一種將工業(yè)廢料3D打印成可持續(xù)的大型結(jié)構(gòu)的新方法。

研究團隊利用內(nèi)部開發(fā)的混凝土（使用當(dāng)?shù)貜U料作為粘合劑）和DeltasysE-Forming建筑單元， 3D打印出一塊獨特的"城市家具"。據(jù)工程師們說，這種結(jié)構(gòu)通常需要大量的材料、勞動力和模板，但利用設(shè)計優(yōu)化使他們的混凝土消耗減少了75%。

△研究人員的3D打印 "城市家具"。圖片來自IIT Guwahati。

Deltasys E-Forming的技術(shù)

Deltasys E-Forming由其現(xiàn)任首席執(zhí)行官和首席技術(shù)官Virendra Kadam和Murlidhar Sutar于2018年成立，是一家位于印度的初創(chuàng)公司，專門設(shè)計和制造大型擠壓式3D打印機。自成立以來，該公司已在西馬哈拉施特拉邦和北卡納塔克邦工業(yè)帶建立了強大的客戶群，迄今已售出超過250臺其專有機器。

Deltasys公司的產(chǎn)品圍繞著其DE10X和DE200 3D打印機。這兩臺FFF機器，前者是為了生產(chǎn)精確的大尺寸零件而設(shè)計的，具有500x500x500mm的構(gòu)建體積，而后者要小得多，但保留了以僅為90微米的層分辨率制造高度精確物體的能力。

目前，Deltasys E-Forming公司既銷售其系統(tǒng)，也為客戶提供按需生產(chǎn)零件的服務(wù)，同時瞄準(zhǔn)了鐵路、航空航天、汽車、海軍和醫(yī)療領(lǐng)域。然而，該公司也在低調(diào)地開發(fā)第三個面向建筑的系統(tǒng)。雖然對這臺打印機知之甚少，因為它自2019年以來一直處于保密狀態(tài)，但據(jù)說它的容量可達10立方米。

△DeltasysE-Forming公司目前的3D打印陣容。圖片來自DeltasysE-Forming公司。

進入低碳建筑領(lǐng)域

印度理工學(xué)院古瓦哈提分校的團隊引用了在住房、橋梁和其他基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中部署3D打印技術(shù)的進展，稱該技術(shù)有可能 "啟動建筑實踐的范式變革"，并且作為繞過傳統(tǒng)模具鑄造工藝的一種方式，具有特別的前景。

為了測試這些想法，研究人員已經(jīng)部署了Deltasys E-Forming的新系統(tǒng)，據(jù)說他們自2021年以來一直在共同開發(fā)該系統(tǒng)，作為一個試點家具3D打印項目的一部分。

為了使該結(jié)構(gòu)在生產(chǎn)過程中不會自我坍塌，工程師們最初分別使用SolidWorks和Simplify3D將其設(shè)計成拱形支架。該團隊還專門為該項目開發(fā)了一種水泥混合物，據(jù)說該混合物使用當(dāng)?shù)氐牟牧献鳛檎澈蟿�，這種方式使其更具凝聚力，同時減少其碳含量。

一旦他們對家具設(shè)計進行了建模和切片，研究人員就以80毫米/秒的速度和10毫米的層高將其3D打印成一個0.4x0.4m的座椅結(jié)構(gòu)。雖然制造過程本身只花了20分鐘就完成了，但據(jù)說椅子在打印后還必須用潮濕的麻袋覆蓋7天，以便在使用前讓它固化。

鑒于使用他們的新型材料所實現(xiàn)的材料、準(zhǔn)備時間和勞動力的節(jié)省，工程師們說，它還可能對多功能建筑應(yīng)用產(chǎn)生全球性影響，他們現(xiàn)在計劃調(diào)查其水下3D打印潛力，但IIT-Guwahati的主任TG Sitharam對其最終使用的可行性更為謹慎。

IIT-Guwahati主任T.G.Sitharam說:"我們已經(jīng)展示了如何在我們的實驗室規(guī)模的3D打印機中生產(chǎn)材料高效的結(jié)構(gòu)，但是從印度的情況來看，必須進行技術(shù)經(jīng)濟分析，不僅要考慮到環(huán)境的可持續(xù)性，還要考慮到與3D打印相關(guān)的成本、質(zhì)量、勞動力和維護等方面。"

△近年來，部署3D打印技術(shù)來建造可持續(xù)的街道家具已經(jīng)成為一種趨勢。圖片來自The New Raw。

3D打印可持續(xù)建筑

雖然使用印度理工學(xué)院古瓦哈提分校團隊的新型低碳材料制作家具無疑比用普通水泥制作更環(huán)保，但該項目遠不是第一個提出更可持續(xù)的建筑3D打印方法的項目。早在三年前，荷蘭設(shè)計工作室The New Raw就在希臘建立了一個零廢棄的實驗室，在那里它還用回收的塑料3D打印了椅子。

在最近的發(fā)展中，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院數(shù)字建筑技術(shù)部門的一個團隊也公布了一種新型泡沫打印技術(shù)。據(jù)稱，這種礦物泡沫由回收的廢物制成，可以沉積到復(fù)雜的模板中，能夠澆筑出幾何優(yōu)化的板塊，這種方式可以減少用戶的混凝土消耗量達70%。

在其他地方，在3D生物打印領(lǐng)域，麻省理工學(xué)院的科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)出一種家具3D打印材料，有可能完全切斷使用木材或水泥作為原料的需要。利用一種類似于用于種植植物和肉類組織的培養(yǎng)技術(shù)，那里的團隊已經(jīng)成功地人工生產(chǎn)出木質(zhì)細胞，這些細胞將來可以被建造成可持續(xù)的建筑。