托馬斯·愛迪生（Thomas Edison）的多項發(fā)明和創(chuàng)新改變了美國人的工作和生活方式，他也因此聞名于世。

　　但他并不是完美的，他曾經(jīng)失敗過，其中一次失敗是建造灌澆混凝土房屋的系統(tǒng)太過昂貴，使得改變住宅建筑的努力功虧一簣。

　　100多年后，研究者嘗試通過利用3D打印實現(xiàn)愛迪生未能實現(xiàn)的目標。

　　其中一種最新的3D打印系統(tǒng)可通過手機、跟蹤平臺，將建筑技術擴展到偏遠地區(qū)和環(huán)境惡劣的地區(qū)。麻省理工學院（MIT）仍然在研究機器人3D打印系統(tǒng)，該系統(tǒng)已經(jīng)能夠在不到14小時內，成功建造直徑50英尺、高12英尺的穹頂建筑。其開發(fā)者指出，該系統(tǒng)可利用多種材料進行“打印”，不但包括混凝土，還包括機器本身在現(xiàn)場挖掘出的土壤，并能夠完成錐形墻及其他結構構件等。

　　MIT媒體實驗室介導物質研究小組（MMG）的Steven Keating指出，總體構想是“將生物學作為靈感和設計工具”，在建筑業(yè)內推動產(chǎn)生新的設計和方法。MMG專注于自然啟發(fā)設計，強調不利用零部件設計和建造結構，而是利用3D打印平臺構建結構和外觀，然后再形成諸如內部橫梁或窗戶等構件。

　　一幅光影繪畫展示了新系統(tǒng)打印大型結構的能力，并通過數(shù)字控制形成復雜的彎曲。圖：StevenKeating/MIT

　　獲得MIT機械工程博士學位的Keating指出，多年以來，建筑方法幾乎未曾發(fā)生變化。“零部件被固定在一起，然后將零部件組裝成為建筑物。零部件則在工廠制造。”他說。

　　一種替代方法是“采用類似于生物系統(tǒng)的方法，”他說。機器人3D平臺（數(shù)字化建設平臺）應模仿生物系統(tǒng)，將建筑物視作一個有機體，而這個有機體的設計和建設采用了一套無縫連接并支撐整體結構的系統(tǒng)。

　　設備由一個巨大的機械液壓臂構成，該液壓臂被固定在一輛改裝過的卡車上，末端有一個較小的機械臂，由太陽能光伏板提供動力。這種組合擴大了可用材料的范圍和靈活性。

　　“可以將小的機械臂視作一根手指，”Keating說，“這根手指具有補償機能，并能以更復雜的方式移動。”

　　這與正在研究中的其他大型3D打印機之間存在很大不同。多數(shù)3D打印機通過龍門起重機或軌道移動，并由一個固定結構支撐噴嘴，由于支撐系統(tǒng)物理尺寸的限制，因此也限制了建筑結構的尺寸。Keating指出，可自由移動的移動式平臺能夠建造任何尺寸的物體，因其占地面積小，因此適用于多數(shù)建筑工地。

　　可對原位打印泡沫實行動態(tài)著色，形成連續(xù)色彩梯度。圖片：StevenKeating/MIT

　　Keating指出，該系統(tǒng)的關鍵是能夠隨著打印的進行而改變材料密度，從而形成錐形墻或建造懸垂部分，并達到建筑規(guī)范標準要求。該系統(tǒng)還能夠混合諸如土壤等材料，用于建造壓制土工結構。可以在機械臂上安裝具有其他功能的工具，如：挖掘或磨銑工具。

　　“我們希望它不僅僅是一個3D打印機，”Keating說，他通過發(fā)表博士論文引導該系統(tǒng)的開發(fā)。“我們還希望它能夠磨銑，使精度超過我們實際所需。”

　　測試時，Keating的團隊利用數(shù)字平臺打印模網(wǎng)混凝土構造物常用的聚氨酯泡沫塊。“我們希望得到一種能立即使用的系統(tǒng)，”Keating說，他指出，要想發(fā)揮這一系統(tǒng)的全部潛力，還有大量研究工作要做。“我們希望在建筑工地能夠輕松復制建造工藝，因此我們采用3D打印技術制造模網(wǎng)。

　　中空泡沫塊中填有混凝土，用于形成墻體，并將內外構件與之連接。Keating指出，材料可在30秒之內凝固，整個測試可在14個小時之內完成，結果顯示，該系統(tǒng)能夠用于現(xiàn)有的項目，并符合現(xiàn)有的建筑規(guī)范要求。此外，他還指出，測試結果表明，該系統(tǒng)能夠成功打印穹頂建筑，這是一種雙曲結構，與標準建筑物相比，其結構更復雜。由于設備能夠在移動時打印，“因此，它不受水平建筑空間的限制，”Keating說。

　　Keating指出，團隊引入了地方承包商，以確保使用現(xiàn)有的成品材料，并遵循標準要求。“我們請承包商進行水壓測試，”他說。“制造出完全符合規(guī)范要求的產(chǎn)品對我們來說很重要，”這是吸引資金的關鍵。取得的初步成功已經(jīng)吸引了諸如谷歌（Google）和歐特克（Autodesk）等公司的注意，這些公司提供進一步開發(fā)所需的資金和空間。

　　進一步的工作包括使平臺“更智能”，且能夠完全自我維持。Keating指出，傳感器將根據(jù)場地相對于太陽的具體位置，進行測量后確定安裝窗戶的最佳位置。地面雷達將決定地基的最佳位置，打印機則根據(jù)方向形成厚度不等的隔熱墻：朝南的墻壁厚度可以比朝北的墻壁厚度小一些。可根據(jù)承載要求，使墻體形成錐形。

　　平臺能夠采用不同的材料，這對傳統(tǒng)建筑材料成本存在限制的發(fā)展中地區(qū)和偏遠地區(qū)、或者賑災很有吸引力。“該系統(tǒng)可挖掘土壤，加入部分纖維制造壓制土工結構，”他說道，此外其尺寸使其能夠在較小的空間中運作。

　　“與其他技術相比，該項技術具有各種可能性，”Keating說。在未來的太空探索中，該系統(tǒng)可在火星上利用土壤和冰塊工作。在地球上，“如果把種子放在壓制土工構筑物的土壤混合物中，你會得到什么？一面綠色墻體。”

　　該系統(tǒng)何時可作為商用，還有待確定。Keating說，下一步的挑戰(zhàn)是獲得足夠的資金，在較大的構筑物上進行大規(guī)模研究。“解決尺寸和規(guī)模問題將會非常耗時，”他說。

　　來源：美國機械工程師學會