前沿科技之打印机造大楼

扫街 · 发表于 2011-4-20 16:38:36

在传统建筑中，工人们用大批量生产的预制砖、工字钢、混凝土圆柱和玻璃来建造楼房。奈里·奥克斯曼(Neri Oxman)是麻省理工媒体实验室（MIT's Media Lab）的建筑师和教授，她打算把这些建筑材料打印出来――用水泥、高分子材料及其他材料来代替油墨。奥克斯曼正在研发一种设计大楼的新方法，这种新方法利用了印刷术的灵活性。如果她成功了，那么她的策略会使当前建造方法尚无法达成的设计得以实现。
现有的3D打印机也叫做快速成型机（rapid prototyping machines），它将结构分层加工。目前，这些机器主要用于根据电脑设计制作精确的塑料模型。但随着打印机的进步及其能够使用越来越多的包括金属在内的耐用材料，它们已经成为一个有潜力又有趣的产品制造方式。
奥克斯曼正致力于拓展这些机器的功能——比如，使它在打印时能够改变聚合物的弹力或混凝土的多孔性——并且将打印头安装在灵活、比打印机拥有更多活动空间的机器手臂上。
她也从大自然中吸取灵感，来研发新的可利用这些功能的设计策略。举例来说，根据承重的不同，一根棕榈树干中木材的密度是有变化的。密度最大的材质在外围，那里的弯曲应力最大，而中心则承重较轻、较多孔。奥克斯曼计算出可以这样制造混凝土圆柱，即中心使用密度较小的水泥。这可将水泥用量减少10％，对建筑工程而言这是一笔可观的节约。
奥克斯曼正在研发一种软件来实现她的设计策略。她将结构上的物理压力以及诸如尺寸、整体形状等设计限制，还有需要光照的大楼特定区域等数据输入进去。根据这些信息，软件利用算法来详细说明结构中使用的材料性质需要进行怎样的改变。接着她便打印（制作）出根据这些细节而生成的小模型。
她的早期成果非常出色而有趣，以至于在纽约的现代艺术博物馆和波士顿的科学博物馆都展出过。一个她称之为“野兽”(Beast)的作品，是一把根据人体（她自己的身体）及其预计的压力分布设计而成的椅子。3D结果模型模拟了一个复杂的细胞网络和树枝状结构，包括一个用于释放压力的柔软部位和需要支撑的坚硬部位。
这项研究还处在早期阶段，但这种建筑与设计的新策略暗示了许多新的可能性。比如，根据在大风或地震中将要承受的压力制作出详细的结构模型，一面承重墙就可以被打印出来。
这种模型也可说明建筑对楼内光照的需求。有些区域会有坚硬、厚实的水泥，但在低承重区域，水泥可以非常透气、透光，在作为一个屏障的同时还能节省材料和减轻结构重量。在不承重区域，也可以制造出非常透气、透光的水泥，或是将水泥逐渐与透明材料混合在一起。这些设计可通过增加室内光照、减少人工照明来节约能源。最终，它将能够同时打印出高效能的隔音和通风设备。建筑的结构可以很复杂，因为打印出详细模型和简单模型的成本差不多。

轻薄的承重材料：两块水泥塑件说明了在一个结构中透气性将如何被改变。模拟了棕榈树交叉部分的圆柱体外围密度很大，中心则是多孔的。
来源：史蒂芬•基廷（Steven Keating）、蒂莫西•库克（ Timothy Cooke）

更多的研究者正在研发可打印出墙体以及其他大型结构的技术。南加州大学的工业与系统工程及环境工程的教授比洛克•霍什内维斯（Behrokh Khoshnevis）已经建立起一个无需容器便可浇注水泥墙的系统。奥克斯曼的工作将更进一步，增加改变水泥性能的功能，并最终加工多种材料。
奥克斯曼的策略将在消费产品与医学器材方面投入较小规模的首批应用。她运用这个原理设计并制作了用于腕管综合症（carpal tunnel syndrome）的护腕。这批护腕针对不同病人的痛感量身定制。这个方法也可提升义肢的水平。
35岁的奥克斯曼正与一批专业人士研发她的技术，其中包括麻省理工学院的材料科学教授克雷格·卡特（Craig Carter）。尽管他表示，奥克斯曼的方法面临控制材料性能方面的挑战，但其想法给他留下了深刻印象。“毫无疑问，研究成果将会惊人地出色。”

MechanicsD · 发表于 2011-4-20 18:27:50

相当的高端哇～最最主要的是意想不到～

zhouyou0625 · 发表于 2011-4-21 09:38:20

3D打印机很不错的,那天在公司看到,看到旁边的实物,觉得真的太高端了.

wjkvvv · 发表于 2011-4-24 23:30:37

立体的打印机，太厉害了。

八风不动 · 发表于 2018-4-11 13:32:19

7年了

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