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建築領域，新材料的應用一直相對較少。幾個世紀以來，木材、磚石和混凝土一直是多數建築的主要構建材料。19世紀80年代，鋼結構的引入徹底改變瞭建築行業。鋼結構能夠讓建築師設計出更高大的建築物，例如城市裡的摩天大樓。工業革命以來，建築材料在很大程度上局限於一系列生產原料。無論鋼梁還是膠合板，建築設計和施工一直使用這種標準化的部件套件。

然而，隨著"大規模增材制造"技術的進步，這種情況可能很快就會發生改變。自采用鋼結構框架以來，還沒有哪項技術像大規模增材制造一樣改變對建築物的設計和建造方式產生如此大的改變。

大規模增材制造和桌面3D打印一樣，都是逐層構建物體。無論是粘土、混凝土還是塑料，打印材料都是以流體狀態擠出，並在固化後形成最終的形狀。雖然該技術在建築業還未得到廣泛應用，但建築業現在呈現這種趨勢，未來的建築設計將從大自然中汲取靈感，建築物將采用回收材料或就地取材進行建造。

▍3D打印建築實例

其中，有一個名為"三葉草亭"的露天建築，它是用回收的ABS聚合物打印而成。該建築物的結構采用薄薄的雙曲面設計，靈感來自於同名花朵的花瓣。該項目由田納西大學的一個學生設計，由Loci Robotics公司進行打印，在位於諾克斯維爾切諾基農場的田納西大學研究園建造。

近期，其他大規模增材制造案例還包括由Mario Cucinella建築事務所設計的一個450平方英尺的住宅原型，該住宅在意大利的一個小鎮Massa Lombarda進行打印。建築師們使用當地河流中的粘土進行打印。這種廉價材料與獨特的徑向幾何形狀相結合，創造出一種節能的替代住房形式。

在美國，Lake Flato建築公司與ICON建築技術公司合作，為德克薩斯州奧斯汀的一座名為"Zero House"的住宅打印瞭混凝土外墻。這座占地2000平方英尺的住宅展示瞭3D打印混凝土的速度和效率，其曲線形墻壁與裸露的木質框架形成瞭對比。

▍建造過程

大規模增材制造涉及三個知識領域：數字設計、數字制造和材料科學。首先，建築師需要為所有需要打印的部件創建計算機模型。然後，設計師可以使用軟件測試組件對結構力的反應，對部件進行相應的調整。這些工具還可以幫助設計師找出如何減輕部件的重量，並在打印前自動完成一些設計過程，例如平滑復雜的幾何交叉點。接下來，一款名為slicer的軟件會將計算機模型轉化為一套三維打印機指令。

人們普遍認為3D打印機的工作規模相對較小，例如手機殼和牙刷架。然而，隨著3D打印技術的進步，硬件的規模已經大幅擴大。有時候，打印是通過龍門系統完成，這是一個由滑軌組成的矩形框架，類似於桌面3D打印機。由於機械臂能夠在任何方向進行打印，因此機械臂已經被廣泛使用。打印地也有所不同，傢具和較小的部件可以在工廠進行打印，而整棟房屋則必須在現場打印。

大規模增材制造可以使用多種材料。混凝土因其熟悉性和耐用性而備受青睞。粘土是一種替代材料，可以在現場采集。然而，應用最為廣泛的還是塑料和聚合物。這些材料的用途非常廣泛，可以滿足各種特定的結構和美學要求。除此之外，還可以使用回收材料和有機材料制造。

大規模增材制造的一大優勢——逐層制造，隻使用制造特定部件所需的材料和能源，因此比"減材制造"更為高效。減材制造需要切割掉多餘的材料，就像從樹上銑出一根木梁。即使是混凝土和塑料這種普通材料，也無需額外的模板或模具。

目前，大多數建築材料都是在流水線上批量生產，這些流水線生產相同的部件。這種工藝雖然降低瞭成本，但無法定制。大規模增材制造不需要工具、模板或模具，每個部件都是獨一無二的，不會因為增加復雜性或定制化而耽誤時間。

大規模快速成型制造另一個有趣的地方是，能夠生產具有內部空隙的復雜部件。未來，墻壁上的導管或管道系統也可能通過打印來實現。此外，研究人員目前正在研究多材料三維打印的可能性，這種技術可以將窗戶、隔熱材料、結構加固材料甚至電線完全集成到一個打印部件中。

增材制造使用緩慢硬化的材料逐層制造，這種方式反映瞭貝殼成形等自然過程。這為設計師提供瞭其他制造方法難以實現，但在自然界中常見的幾何形狀的機會。受鳥類骨骼細微結構啟發的結構框架可以創造出輕質的管狀晶格，不同尺寸的管子反映瞭作用在管子上的力。外墻的設計可以模仿植物葉子的形狀，既能為建築遮陽，又能產生太陽能。

▍3D打印建築的前景

盡管大規模增材制造有許多優點，但其推廣仍面臨許多障礙。其中最大的障礙是其新穎性。在圍繞傳統建築形式如鋼材、混凝土和木材建造的基礎設施中，存在著完整的供應鏈和建築規范。此外，數字制造硬件的成本相對較高，使用這些新材料所需的設計尚未廣泛傳授。

為瞭使3D打印技術在建築領域得到更廣泛的應用，它需要找到自己的定位。就像文字處理幫助普及瞭臺式電腦一樣，大規模增材制造的特定應用將使其得到普遍使用。

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參考來源：

• https://www.freethink.com/futurology/3d-printing-architecture