運用建築當地材料進行3D列印的可能性

用冰塊蓋冰屋是生活在地球最北端的因努特人代代相傳的藝術。圓形的平面、入口通道、出風口和冰塊形成一個結構,內部產生的熱量融化表面的雪層並密封縫隙,提高了冰的隔熱性。在暴風雪中,冰屋的建成與否可以是生與死的區別,也許這就是使用當地材料、少量工具和大量知識進行建造的最具代表性的例子。在這種情況下,冰就是你所擁有的全部。

利用豐富的資源和當地勞動力是永續建築的關鍵,然而在其他環境下複製解決方案時,這些概念往往被忽視。隨著新的需求和技術發展,建築材料和施工技術的全球化,本地材料是否還有存在的空間?更具體的,就3D列印建築來說,我們是否注定只能用混凝土來建造它們?

當大家在網路上搜索3D列印建築時,我們會看到兩種主要結果。第一種是關於混凝土3D列印建築的熱潮,混凝土是世界上使用最多的建築材料,但它也是造成高碳排放的原因。第二種是關於其他星球上的實驗性和創新性建設設計。

在比北極更荒涼的火星表面上,只使用當地材料的想法是最有意義的。如果殖民這個星球的動力持續增加,毫無疑問,使用太空梭裝載建築材料(一袋袋水泥、碎石或膠合板)是不可能的。由Ai SpaceFactory開發的Marsha原型是“NASA百年挑戰”競賽中的獲勝提案。與目前的絕大多數提案一樣,Marsha使用3D列印技術,使用從火星巖中提取的玄武巖纖維和從可以在火星上生長的植物中加工的可再生生物塑料(聚乳酸或PLA)的混合物。在美國宇航局(NASA)的強度、耐久性和壓碎測試中,這種可回收聚合物覆合材料的性能優於混凝土。

還有對月球表面住所的研究,也是用 “月球混凝土”進行3D列印。混合物的主要成分是在月球表面隨處可見的粉狀土壤,被稱為月球風化層。人們注意到太空人的尿液可以用來攪拌和創造這種水泥。“研究人員發現,在月球土工聚合物(一種類似於混凝土的建築材料)中加入尿素,比其他常見的增塑劑(如萘或聚羧酸)效果更好,可以減少對水的需求。事實證明,3D列印出的混合物更加堅固,並且保持了良好的可操作性。”

但是回到地球—建築物的3D列印已被確定為一項有可能讓建築更好的方案,創造有機形態,減少材料消耗、施工時間、必要勞動力、物流需求和未來成本的方法。一些有趣的例子已經出現,但大多數仍然依賴混凝土進行施工。換句話說,即使3D列印可以廣泛使用,但用於建築的原材料很少能在當地獲得。

德州大學的幾位研究人員撰寫的一篇論文評估了建築3D列印材料的可能性,強調了關注混凝土材料以及其對環境影響的擔憂。“3D列印制造方法有望大幅度改變該行業,提高自動化程度,實現材料用量的節約,並實現前所未有的形式和功能融合;然而,依靠混凝土作為首選的擠壓材料有可能極大地加劇日益嚴重的環境挑戰。”

研究人員指出,人們已經相當重視尋找更環保的混凝土替代品,特別是土壤本身,可以在不需要長途運輸材料的情況下進行收獲和種植,從而可以大大減少碳足跡和內置能源成本。

在這方面已經有了一些措施。Mario Cucinella Architects (MC A)團隊和意大利3D列印專家WASP合作,產生了第一個全天然、可回收、碳中性材料的3D列印建築:原土。這個圓形原型被稱為TECLA(技術和黏土兩個詞的組合),在意大利拉韋納(Ravenna)的馬薩倫巴達(Massa Lombarda)使用多台3D列印機同步建造。這是一個用完全可重覆使用和可回收的材料建造的圓形房屋,這些材料取自當地。

阿布達比的城市沙丘計畫從厚厚的沙層中創造了有機結構,就像“城市綠洲”,以最大限度地提高熱舒適度。拱頂由3D列印砂巖製成的立體塊組成,使用當地的沙子作為主要材料。沙漠沙子的凝固採用粘合劑噴塗技術進行,預計厚度為55公分的3D列印拱頂將防止沙漠中部的城市空間過熱。

在考慮大城市時,我們還要考慮到每天產生的固體廢物和建築碎片的巨大庫存。巴倫西亞理工大學(UPV)的一個團隊開發了一種鋼筋混凝土梁的替代品,使用回收的塑料製造梁。其結果是重量大幅減輕(減少80%),這樣有利於運輸,並減少其組裝所需的能量,保持結構堅固。

將其他材料加入3D列印的可能性很多:泥土、沙子、農業廢料、塑料和其他廢物。反過來,3D列印的用途又包括從完整的建築和展示館,到幫助生態系統的再生,以及義肢和列印器官。

就像愛斯基摩人的冰一樣,當地的材料往往能更好地適應氣候條件,因此也能減少建築的負面影響。此外,他們可以為建築提供更好的後壽命,無論是回收還是還原到土地本身。圍繞著3D列印建築的創新將在融入當地材料、知識和公眾需求時,為建築業建開闢新的道路。

Source: Archdaily,3dadept,ESA

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