3個(gè)工人22天,，3D打印8米兩層小樓,，這建筑安全嗎？測試來了

探訪3D打印

位于湖北省宜昌市的三峽大學(xué),，在上世紀(jì)90年代,，曾因三峽工程而被全球媒體熱議。近期,，這所大學(xué)因?yàn)橐蛔?D打印的二層小樓再次收獲眾多關(guān)注,。

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只需3個(gè)工人，用時(shí)22天,，就能用混凝土打印出8米高的雙層小樓,，這是如何做到的？背后有怎樣的技術(shù)支持,？3D打印的小樓是否安全,？質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)是什么,？3D打印技術(shù)目前在醫(yī)療上有哪些新應(yīng)用？本期《近觀中國》特邀英國觀察員大牛,，來到湖北宜昌探訪3D打印,。

初探3D打印小樓內(nèi)部

大牛身后的這座小樓，就是在網(wǎng)上被熱議的3D打印二層小樓,。小樓占地100平方米,，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人李洋波教授正在現(xiàn)場密切關(guān)注工程進(jìn)展。

李教授告訴大牛,，按照傳統(tǒng)方式建造這樣一座8米高的兩層樓,，一般需要5名工人，兩個(gè)月的工期,。現(xiàn)在用3D打印的方式,，節(jié)省了近一半的人力和工期。同時(shí),，3D打印小樓的造價(jià)也不高,，每平米約1000元左右，和不少農(nóng)村自建房造價(jià)相當(dāng),。

3D打印的房子內(nèi)部長什么樣,？結(jié)構(gòu)是否結(jié)實(shí)？帶著好奇,，大牛隨李教授參觀了小樓內(nèi)部,。

大牛看到打印的墻體上有斷口部分,，這難道是混凝土料沒有調(diào)好嗎,？是否會(huì)影響樓體的結(jié)實(shí)程度呢？

李洋波（三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院副教授）：“這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)打印的料有點(diǎn)偏干,，第一輪打印時(shí),，氣溫比較低，我們怕凝固得慢,，所以料子調(diào)得偏干,，它擠出來的時(shí)候，螺桿會(huì)帶有一定間隙,，但這個(gè)不影響它的強(qiáng)度,。我們的墻體，整體筆直度還是非常好的,。傳統(tǒng)建房,，需要建筑師傅用眼睛去看，去吊垂線,。但我們打印機(jī)不需要任何這種測量,，打印出來的就是它本身的垂直度,，很精準(zhǔn)。在打印過程中,，第一天工人回去休息,，第二天直接把噴嘴一裝就可以繼續(xù)打。我們現(xiàn)場只有3個(gè)工人,，每天工作6小時(shí),，就回去休息了?！?/p>

小樓3D打印示意

這座小樓中,，3D打印的是15根立柱外殼和墻體，水泥像牙膏一樣被擠出來,，一層層壘起,。為了確保這座房子的整體承重，李教授團(tuán)隊(duì)選擇將鋼筋籠裝進(jìn)打印的承重柱空心部位中,，再和地圈梁鋼筋焊接在一起,，形成一個(gè)整體。

李洋波：“三處墻面做了異形設(shè)計(jì),，這一面是波浪形的,。我們就是要做一個(gè)嘗試，看它打印出的效果怎么樣,?！?/p>

大牛：“這種異形的墻體,，是3D打印技術(shù)的一個(gè)亮點(diǎn)嗎,？”

李洋波：“對(duì)！比如,，傳統(tǒng)我們要做成這種波浪的曲面型是很難的,，需要先做模板，很費(fèi)人工和時(shí)間,。但3D打印就不需要模板,，可以直接打印出我想要的任意形狀。設(shè)計(jì)師也可以盡情發(fā)揮他的靈感,?！?/strong>

3D打印是不是一鍵操作？

這是小樓的打印效果圖,。小樓打印完成后,，在李洋波的設(shè)想中，它將作為技術(shù)性實(shí)驗(yàn)室和研究生的工作室,。

3D打印出異形結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢可以追溯到2013年,，荷蘭設(shè)計(jì)師以莫比烏斯環(huán)為靈感設(shè)計(jì)的全球第一座3D打印建筑“風(fēng)景屋”,。

2014年，10幢3D打印小洋樓在上海落成,。此后,，3D打印建筑一直是中國各大高校的科研項(xiàng)目。

2018年,，李洋波副教授在三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院任職,，他接觸到了3D打印技術(shù)，這座雙層小樓是他的大成之作,。7年時(shí)間里,，李洋波為此歷經(jīng)無數(shù)次實(shí)驗(yàn)。

在現(xiàn)場,，一位剛剛畢業(yè)的年輕工程師正在進(jìn)行3D打印操作,。據(jù)說上手很快，他只用了一天就學(xué)會(huì)如何操作,。

3D打印究竟是不是“一鍵萬事大吉”,？大牛決定親自上手試試。

接下來,，大牛將根據(jù)這個(gè)模型打印一個(gè)小器具,。

親測開始，大牛只是點(diǎn)開機(jī)器,，3D打印機(jī)就自己操作了起來,。正當(dāng)他感嘆這堪比“傻瓜式”的操作時(shí)，意外突生,，大牛即將打印成功的器具“倒下”了,。

李洋波的學(xué)生楊浙解釋這次失敗，可能是因?yàn)榇蛴〔牧虾慷嗔?，無法匹配這樣快的打印速度,，如果打印過程中用吹風(fēng)機(jī)輔助的話，可能結(jié)果就會(huì)不同,。

在正式打印小樓之前,，李洋波團(tuán)隊(duì)都會(huì)利用這套小型打印機(jī)提前規(guī)劃好打印的路徑、測試打印的速度,。

李洋波：“我們要特別注意擠料的速度和打印速度要匹配,。不同的料之間怎么去達(dá)到恒定，這都要前期來調(diào)整參數(shù),。我們要打印一個(gè)模型需要調(diào)試很多次,，甚至可能會(huì)達(dá)到上百次?！?/strong>

更新?lián)Q代的打印機(jī)

3D打印建筑有兩種方式,，一種是在工廠打印構(gòu)建再到現(xiàn)場拼裝,，另一種就是原位打印。李洋波認(rèn)為原位打印有絕對(duì)優(yōu)勢,。

李洋波：“原位打印時(shí),，柱子、樓板,、梁和墻體是一體化打的,，所以它是一個(gè)整體式的結(jié)構(gòu)。就像特斯拉的電動(dòng)車一樣,，它的框是一體沖壓的,，所以它的抗沖擊、抗震性能好,。如果是拼接的,，銜接部分可能出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。”

打印這所小樓的3D打印機(jī)就在小樓旁邊,，跨度12米,，猶如一個(gè)龍門架。李教授告訴大牛,，這臺(tái)3D打印機(jī)的噴嘴,，兩次走到同一位置的偏差，不超過0.1毫米,，打印的形狀偏差不超過2毫米,。

這是李教授團(tuán)隊(duì)歷時(shí)三年研發(fā)的第三代打印機(jī)。前兩代打印機(jī)已經(jīng)被淘汰,、拆卸,，就橫臥在小樓的一旁。它們究竟是怎么造出來的,？更新?lián)Q代后的優(yōu)勢是什么,？

李洋波：“第一代打印機(jī)的框架是鋁合金的,，我們也打了兩棟小房子,，但是打印過程中發(fā)現(xiàn)，這個(gè)架子容易晃動(dòng),、移位,。所以第二代，我們就把鋁合金的材料換成方鋼的,?！?/p>

由于是人工焊出來的，第二代打印機(jī)的導(dǎo)軌在對(duì)接和走直線的時(shí)候,，都不夠直,。稍微一卡頓,，就會(huì)造成混凝土料堵塞管道。

李洋波：“第三代是龍門式的,，跟前面兩個(gè)框架式的比起來,，結(jié)構(gòu)形式更簡單，加工起來更省料,。導(dǎo)軌和齒輪,、齒條，都是經(jīng)過大型數(shù)控機(jī)床整體測出來的,，所以就不存在卡頓問題了,。”

3D打印小樓安全嗎,？

3D打印已經(jīng)發(fā)展多年,，但3D打印建筑卻很少出現(xiàn)在我們的生活中，這是為什么,？

李洋波：“國家對(duì)于3D打印房子還沒有現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn),，那普通老百姓對(duì)3D打印房子是不是安全，就要打一個(gè)問號(hào),，大家目前都還是處于一個(gè)觀望的狀態(tài),。比如，去年年底,，我們本地的一個(gè)公園管理方已經(jīng)談好用我們的3D打印來做,，但建設(shè)主管部門因?yàn)橐郧皼]有用原位打印來做建筑的先例，沒有辦法驗(yàn)收,、證明這樣一個(gè)房子它是安全的,，最后，主管部門直接把它否掉了,。所以,，我們后來就下定決心要把我們自己的小樓打印出來，親自去驗(yàn)證,?！?/strong>

李洋波的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了漫長的安全性測試，去檢測3D打印的混凝土材質(zhì)能否過關(guān),。

大牛：“我們怎么測這個(gè)混凝土的抗壓性,？”

李洋波：“這是個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試塊。首先要做好這個(gè)試塊,，然后養(yǎng)護(hù)到它的設(shè)計(jì)齡期28天,。比方，我們混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度是C30的，那它28天的抗壓強(qiáng)度應(yīng)該要達(dá)到30兆帕,?！?/p>

C30混凝土要求的28天養(yǎng)護(hù)期，以進(jìn)行強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)檢測的時(shí)間,，雖然時(shí)間尚未來到,，但是小樓封頂在即，在15天工業(yè)齡期時(shí),，第三方檢測公司前來實(shí)地進(jìn)行回彈法測強(qiáng)度檢測,，大牛現(xiàn)場見證了這次檢測,。

這也是第三方公司第一次檢測3D打印的樓體,，此次檢測主要按照傳統(tǒng)建筑的常規(guī)測試來進(jìn)行。

比如,，混凝土碳化測試,，看混凝土表面有沒有被二氧化碳碳化的情況。

測試人員：“現(xiàn)在用的是酚酞酒精溶液,，墻面變顏色就證明是好的,，說明沒有被碳化?！?/p>

測試人員：“這個(gè)儀器里面有個(gè)彈擊桿,，它通過彈擊桿對(duì)混凝土表面進(jìn)行一個(gè)撞擊，之后根據(jù)它的軟件計(jì)算出一個(gè)實(shí)際的齡期強(qiáng)度值,。我們現(xiàn)在輸入的是10個(gè)測區(qū),，我們要把這10個(gè)測區(qū)全部測完?！?/p>

大牛迫不及待地想知道測試結(jié)果～結(jié)果顯示,，小樓在15天工業(yè)齡期時(shí)，強(qiáng)度推進(jìn)值達(dá)到了23.4兆帕,。這似乎和之前說的30兆帕還有一定的差距,。

李洋波：“雖然現(xiàn)場檢測的時(shí)候，我們只有23.4兆帕的壓應(yīng)力,。但是它這個(gè)混凝土的齡期是15天,，根據(jù)混凝土的強(qiáng)度增長規(guī)律，它在28天的時(shí)候,，完全可以達(dá)到30兆帕壓應(yīng),。”

4月3日,，李洋波和他的團(tuán)隊(duì)終于為小樓正式封頂。但李教授告訴大牛,，他還有很長的路要走,，因?yàn)槲磥?，他希望可以?D打印去建一座大壩......

小到玩具、球鞋,、食物,，大到汽車、飛機(jī),、火箭,，3D打印讓創(chuàng)意從圖紙變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。現(xiàn)在,，它也被運(yùn)用于醫(yī)療中,，大牛看到了哪些3D打印醫(yī)學(xué)新發(fā)展,？未來會(huì)有哪些患者福音,，是3D打印將帶來的？更多精彩內(nèi)容,，敬請(qǐng)關(guān)注本期《近觀中國》節(jié)目～

制片人：張小玲

編導(dǎo)：沈潔

編輯：于二丫