澳大利亚的3d打印房屋|宇宙每周品尝者

本文首次发表于《宇宙周刊》2021年8月27日．想了解更多类似的故事，订阅《宇宙周刊》。

随着各州和联邦政府争相寻找解决方案，如何最好地管理未来几年的大流行，关于建立专门的检疫中心的讨论似乎没有取得什么进展。西澳大利亚州的马克·麦高恩(Mark McGowan)等一些州长认为，修建新设施需要数年时间表达了希望在维多利亚的Mickleham的一个设施可以在今年年底前准备好(一个500个床位的中心的标价是2亿美元)。

但建造这些基地并不需要花费数年时间或数亿美元:事实上，正如一家总部位于墨尔本的初创公司所指出的，只要我们使用3D打印技术，一个一室一卫的单元可以在18个小时内建成，而且只需7000美元。

Luyten是当地一家制造3D打印机和混凝土打印技术的专家，该公司的首席执行官兼联合创始人Ahmed Mahil说，他的公司已经开发出一种技术，与传统建筑相比，检疫设施的成本可以降低80%，与更传统的预制解决方案相比，可以降低55%。他估计，一个3d打印、拥有500个床位的隔离中心将耗资8000万美元，而不是2亿美元。

所以，如果这项技术已经存在，我们知道它有效，为什么我们不更多地使用它?

只要我们使用3D打印技术，一个一室一卫的公寓只需18个小时，只需7000美元就能建成。

在澳大利亚，住房负担不起已经成为一种普遍现象，以至于众议院税收与收入常务委员会最近对这个问题展开调查他认为，“住房所有权——澳大利亚社会的组成部分之一，在过去30年里一直在下降”。

然而，根据Mahil的说法，我们可以在短短一周内建造三室两卫的房子，成本仅为目前澳大利亚人面临的成本的一小部分。

障碍是什么?

什么是3D打印，它是如何工作的?

这可能看起来像科幻小说，但打印固体的能力从1980年代早期当时，3D Systems公司的联合创始人兼首席技术官查尔斯·赫尔发明了立体印刷技术(3D打印)。

从那时起，3D打印技术已经越来越多地用于大规模定制和生产许多类型的开源设计在农业，医疗保健，汽车，机车和航空工业。它的潜力似乎是无限的．

说到房子，我们已经看到了例如由美国公司Palari Homes和Mighty Buildings领导的项目由于急切的消费者抢购24小时内就能建成的房屋，售罄。2016年，中国建筑公司华商腾达3d打印了一个整个两层楼的房子在45天。

虽然3D打印的细节可能会因行业、尺寸、材料和数量的不同而有所不同，但其原理基本上是相同的:它是一种制造过程，在此过程中，根据计算机程序的指令，将材料一层一层地铺好，形成一个三维物体。

M. Hank Haeusler是新南威尔士大学的一名副教授，他是建筑和计算设计方面的专家，多年来一直在培养他的学生以一种不同的方式来思考设计建筑——一种将软件、设计、效率和清洁的环境影响结合起来的方式。

“3D打印不再是一个革命性的概念——我们说话的时候就在做，”豪斯勒说。“想象一个热熔胶枪，它可以在纸上涂抹一些胶水，然后移动，一层又一层地叠加，直到你得到一个3D物体。这不仅非常简单，而且你可以把这些图案做成你想要的大小。”

豪斯勒说，对于房屋来说，“你通常会使用结构合理的材料，如混凝土、粘土或玉米芯，这样房屋可以承受重力、环境和机械力。”

“通过专门设计的软件，你可以选择你想要的房子，选择所有的规则和变量，然后打印机就会以3D的方式执行它读取的内容。”

所需材料的数量和类型也取决于地理位置和政府(包括地方议会)的规定:澳大利亚是一个如此大的国家，不同的地区面临不同的挑战，地震、气候、洪水或火灾。

但在你接触材料之前，你需要能够与计算机对话的软件，Mahil说。

他说:“关键在于你如何设计程序以及你在程序中放入了什么内容——机器将读取这些内容并相应地打印出来。”“通过专门设计的软件，你可以选择你想要的房子，选择所有的规则和变量，然后打印机就会以3D的方式执行它读取的内容。”

卢伊滕的3D打印机能够根据输入材料的速度、数量和类型来调整设置。Mahil说，这是澳大利亚制造的第一台也是唯一一台这样的机器，这是一台移动机器人变压器，可以在一周内打印出一套三室两卫的房子。

有哪些挑战？

豪斯勒说，3D技术的广泛应用面临的主要挑战是，让建筑师能够按照机器能理解的施工指令来设计建筑，而不是只有人类才能理解的指令。

目前，大多数建筑师仍将他们的设计记录在诸如BIM(建筑信息模型)等软件包中，最终生成PDF打印到纸上，供人类阅读。豪斯勒指出:“如果他们继续这样设计，我们将永远无法释放3D打印的全部潜力，因为3D打印机不能直接读取PDF文件，而需要机器码。”

“这就是为什么我们教我的本科生建筑计算机编程:他们需要了解机器需要什么来制造一些东西，以及建筑中存在什么变量可以定义一个设计结果，并将所有这些结合到一个程序中。”从本质上说，我们的学生设计了项目，建筑是最终的产品。”

计算机在数学方面比人类好得多，因此设计一个包含各种变量的程序，并可以根据不同的场景重新计算建筑尺寸、材料等，将是一项宝贵的技能。

豪斯勒说:“这也将使定制和更复杂的设计成为可能:如果你想添加一些特定的东西，你可以用数字向计算机解释你的偏好，并让它负责。”“传统上，如果你想这样做，你必须让建筑师重新起草你的房子计划。”

他说，计算机的不足之处在于阅读和理解美的能力。

“美学对我们人类非常重要。所以你仍然需要检查机器的设计，并协助审美偏好。”

多少钱?

随着澳大利亚首都城市的平均房价以历史性的速度攀升(墨尔本的房价中位数刚刚达到创纪录的100万美元，而悉尼现在正接近150万美元)，购房者热衷于在任何可能的地方省钱。

Mahil说，显而易见的起点是以一种减少浪费从而降低成本的方式来建造。

他说:“如果你有一台精密机器来计算你需要多少材料，就像我们的机器一样，你将为一栋250平方米的房子的墙壁支付1.2万美元，而不是传统方法的6万至8万美元。”

碎石和混凝土等垃圾占澳大利亚经济产生或进口的总垃圾的近30%。

澳大利亚的劳动力也很昂贵，因此砍掉一些与建筑有关的职位(主管、施工经理、制造工人、一些设计师、石匠、工程师等)将为人们节省数千美元。然而，玻璃工、水管工、电工和钳工仍然是必需的，但他们的工作将更容易。“例如，计算机可以精确地计算出安装电源插座的最佳位置，因此电工不必花那么长时间评估结构，”Mahil指出。

他说:“使用我们的配方，建造一段2.5米长、1米高、约0.5米宽的墙，成本约为160美元，而传统的砖瓦建筑只需1300至1800美元。”

虽然这听起来像是建筑和建筑劳动力的终结，但Mahil很快指出，3D机器在该行业的广泛采用并不意味着工作的终结——它只是重新分配了技能。

“我们的目标是让建筑工作更加熟练;知道如何3D打印是一种可转移的技能，如果你能3D打印混凝土，总有一天你也能3D打印火箭，”Mahil说。

对环境有什么影响?

澳大利亚的建筑和建筑行业是其中之一最大的温室气体排放国世界人均水平。根据澳大利亚统计局在2016年至2017年期间，澳大利亚建筑业仅一年内就产生了2040万吨固体废物，其中大部分是碎石和混凝土等砖石垃圾。这占了那段时间澳大利亚经济产生或进口的垃圾总量的近30%。

世界绿色建筑理事会说建筑和建筑业的碳排放量占世界碳排放量的39%，其中运营排放(用于建筑供热、制冷和照明的能源)占28%。

Haeusler和Mahil都说，这并不一定是事实:如果我们把机器和计算机结合起来，我们就可以精确计算出需要多少材料，避免浪费，特别是钢筋混凝土结构产生的浪费。

“41%的建筑废物是用来加固混凝土结构的木材;木材最多只能使用五次，即使这样也很吃力，”Mahil说。

“3D打印不需要辅助材料，因为它只使用它打印的材料，通过在建筑和住房中使用3D打印，我们可以减少60%的建筑浪费，减少70%的生产时间和80%的劳动力成本。”

豪斯勒说:“建筑、设计和施工是地球上自然资源的最大消耗者。”“我们没有无限的铁和沙可以使用。

“如果我们想继续像现在这样建设，我们会用完材料的。”

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