*D打印翻轉現代建筑，讓房子實(shí)現按需打印

圖片來(lái)源@視覺(jué)中國

文 | 觀(guān)察未來(lái)科技

1*82年，Kodama公司在日本推出了第一臺*D打印機，此后，許多想法都成了現實(shí)。不過(guò)，*D打印雖然已經(jīng)存在很久了，但并沒(méi)有成為主流。如今，情況發(fā)生了改變，摩爾定律的出現和計算機價(jià)格的下降使所有技術(shù)的成本都降低了。

當前，*D打印技術(shù)己被全方位應用于各個(gè)領(lǐng)域，包括建筑產(chǎn)業(yè)，并且開(kāi)始帶來(lái)了巨大的影響?，F階段的*D打印建筑會(huì )在印出*D設計圖后組裝房子；早期，*D打印建筑使用的主要材料為塑膠，現在則開(kāi)始用起了混凝土，業(yè)界也正在積極研究新材料。并且，如果*D打印技術(shù)與智能技術(shù)產(chǎn)生協(xié)同效應，那人類(lèi)將能利用這項技術(shù)建造更復雜的結構物。

實(shí)現更復雜的設計

實(shí)際上，建筑也是一門(mén)關(guān)于數學(xué)的學(xué)問(wèn)。

斐波那契數列，又稱(chēng)黃金分割數列，因數學(xué)家萊昂納多·斐波那契以兔子繁殖為例子而引入，故又稱(chēng)為“兔子數列”。斐波那契數列以規律的方式展開(kāi)，每個(gè)數字都是前兩個(gè)的總和，并以簡(jiǎn)單的規則生成序列，所以，數列的順序是1、1、2、*、*、8、1*、21……計算機被指定這一規律后，就可以輕松地計算斐波那契數的長(cháng)數列。

斐波那契數列在自然界中隨處可見(jiàn)。樹(shù)枝就按照這個(gè)順序分叉生長(cháng)，蕨類(lèi)植物和洋薊花的形狀，甚至漩渦和海帶波動(dòng)的模式都是如此。貝殼的螺旋線(xiàn)也是斐波那契數列的自然體現，無(wú)論外殼的大小是像乒乓球還是像大西瓜，其內部的螺旋曲線(xiàn)往往具有相同的形狀。

基于此，如果想要模仿大自然的設計智慧，最有效的辦法之一，就是運用數學(xué)規律或算法生成形狀。盡管計算機生成的三維分形已經(jīng)誕生了幾十年，但是至今，三維分形仍然只存在于虛擬世界中。

而*D打印技術(shù)的誕生，則使得復雜抽象的模型有機會(huì )實(shí)現從虛擬世界走向現實(shí)世界這一構想。當前，隨著(zhù)*D打印將數學(xué)模型和自然規律從抽象的束縛中解放出來(lái)，各種以前無(wú)法實(shí)現的設計正逐步呈現。利用數據和算法的結合，設計師們可以創(chuàng )造出多種二維和三維的形狀和圖案，并通過(guò)*D打印使其成為實(shí)物。

不同于放在桌面或廚房的柜臺上的*D打印機，被用來(lái)打印房子的*D打印機，將像一輛皮卡車(chē)一樣巨大，又寬又平。*D打印機設備的一端是電腦，人們通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將設計發(fā)送過(guò)來(lái)；另外一端則用來(lái)吐出材料，它們被組裝到一起構成房子的前面和側面。

如今，建筑學(xué)家們正在使用傳統的設計軟件和定制的*D打印機打印水泥房子——只不過(guò)，建筑物的*D打印機能夠制成迄今為止沒(méi)辦法制成的形狀，如改善通氣的渠道，特別的建筑特征以及千奇百怪的花樣裝飾，建筑物*D打印機能夠在一個(gè)更大的范圍內打印奇特而不尋常的物理形狀。

斯蒂芬·托德和威廉·萊瑟姆在一本有關(guān)計算機圖形學(xué)的著(zhù)作《進(jìn)化藝術(shù)和計算機》中解釋道：“計算機不會(huì )盲目地服從指令，它們只是用來(lái)提供建議，從而使藝術(shù)家們保留決定最終審美選擇的權利?！倍乱淮闹悄茉O計軟件工具就會(huì )具備相同的設計效果。

不難想象，在將來(lái)的一天里，人們設計的過(guò)程將會(huì )由智能響應型軟件或者“機器人設計師”進(jìn)行輔助，這將加速實(shí)現設計解決方案。如今，計算機算法已經(jīng)能夠提供超出設計師所能想象的更為復雜的設計解決方案。

一方面，未來(lái)，連接到*D打印機和數據源的機器人設計師將會(huì )改變設計師、藝術(shù)家或者建筑師的角色，人們將不再花時(shí)間起草和測試可能的設計方案。另一方面，人們將擁有對設計目的、設計約束和設計內容具備較高水準的機器人設計師，而人們只需要定義目標解決方案的參數，并通過(guò)*D打印機，使得建筑設計達到一個(gè)嶄新的創(chuàng )作高度。

*D打印技術(shù)和計算機讓人們可以從自然系統中汲取養分，并將數學(xué)模型應用到設計過(guò)程中。設計師休·都百利總結道：“設計不再只關(guān)心物體本身，漸漸變成關(guān)心系統，而現在是系統的系統，或者說(shuō)生態(tài)系統。從某種意義上說(shuō)，這些系統都是活的，它們不斷成長(cháng)，共同進(jìn)化?！?/p>

從低成本到按需打印

*D打印建筑除了能實(shí)時(shí)地響應設計的變化外，還能夠獲得更好的建筑材料、更有效的計算建模能力以及更強的變速數據分析能力，從而徹底重塑建筑業(yè)。

首先，*D打印機能夠建造低成本住宅。根據《科技》雜志摩根·佩克的數據，在美國建一座2800平方英尺的標準兩層樓房需要花費6周到6個(gè)月的時(shí)間，成本的一大部分來(lái)自于原材料，另外一塊成本及困難源自施工過(guò)程和施工人員成本。而*D打印建筑將會(huì )引進(jìn)全新的材料，例如使用更厚的水泥和會(huì )白行支撐建筑物的合成物的混合材料，以降低施工成本。

在理想的狀態(tài)下，*D打印的結構能夠采用本地可用資源制成，比如沙子或泥土——智能設計軟件能夠將材料混合。比如， 在大西洋的另一邊，意大利比薩斜塔的外面，意大利設計師和建筑師恩里科·迪尼就設計了一個(gè)計算機引導的*D打印施工方法，使用沙子和一種無(wú)機黏合劑來(lái)建造人造砂巖。

恩里科把他的建筑打印機命名為“D型自動(dòng)化建造系統”。連接到D型打印機上的計算機運行計算機輔助設計軟件，可以引導自動(dòng)化手臂在一片沙床上一點(diǎn)點(diǎn)移動(dòng)。D型打印機通過(guò)許許多多的小打印頭將液體黏合劑擠壓到沙床上，黏合劑含有催化劑能夠快速黏合沙子。反復工作4遍之后，打印層開(kāi)始凝固，再將新沙子撒到上面，重新校對自動(dòng)化手臂，在第一層的上面重新涂一層黏合劑。

更重要的是，打印的墻壁凝固需要花費約1天的時(shí)間，黏合劑非常牢固，可以替代鐵來(lái)加工建筑。由D型打印機打印的人造石頭能夠由任何一種沙子支撐，而且比普通水泥更堅固、便宜。*D打印的砂巖結構比采用傳統建筑材料建設更方便快捷。

并且，不同于建筑起重機將鋼筋投放到指定位置的方式，一個(gè)*D打印的結構是由能適應壓力和負荷的建筑材料的定制混合而成的。就像一塊不斷生長(cháng)的骨頭，當在上面放置重物時(shí)，就會(huì )變厚，而*D打印則能夠隨著(zhù)壓力的增加而增厚。

Fabbaloo博客，作為一個(gè)關(guān)注*D打印的博客網(wǎng)站，其中的一篇文章就談到：“想象一下，建筑用的大梁在需要堅固的地方堅固，在需要輕巧的地方輕巧，或者在稀疏的部分不用任何材料。造出的每一塊都能夠根據它的特有目的，應用最少的材料，提供最好的物理強度?！?/p>

此前，中國的盈創(chuàng )建筑科吉印通就稱(chēng)能夠打印建造房屋所需要的所有部件，然后使用這些部件在一天內組裝出一座房子。也許在未來(lái)，該公司可以在幾分鐘內建成一座房子。成品主要是由混凝土與其他材料制成。未來(lái)的建筑將極大地拓展這方面的能力——按需打印，這將使勞動(dòng)力和材料成本降至最低。

總的來(lái)說(shuō)，*D住宅打印的優(yōu)點(diǎn)遠多于現有建筑方式。*D打印住宅的施工成本低，人們不但能大幅節省時(shí)間、精力、建材，減少廢棄物，還幾乎不需要投入勞動(dòng)成本。由于施工時(shí)間短，人們得以迅速供應購房者住屋，建成*D打印住宅，甚至不需要花到一個(gè)星期。

在這樣的基礎上，*D打印機能夠應對各種現實(shí)挑戰。比如，*D打印機能夠為流動(dòng)人口所用，如難民或自然災害的受害者，幫助他們建造避難場(chǎng)所。

當*D打印機打印*D打印機

當然，*D打印建筑對人類(lèi)社會(huì )更深遠的影響，還在于徹底改變人類(lèi)社會(huì )的居住文化——在*D打印重塑建筑業(yè)的基礎上，*D打印建筑進(jìn)一步發(fā)展的方向，就會(huì )是都市計劃。比如，中國建筑公司盈創(chuàng )宣布，他們計劃用*D打印技術(shù)在中國建設100 座工廠(chǎng)，并在未來(lái)幾年內在20個(gè)國家建立工廠(chǎng)。

美國也有望同時(shí)建造智慧城市和*D打印城市，洛杉磯就是應用了智慧科技的典型例子。洛杉磯街上的路燈與政府的照明部門(mén)無(wú)線(xiàn)連結在一起，因此需要修理路燈或變更紅綠燈時(shí)，政府可以實(shí)時(shí)掌握情況。

此外。洛杉磯還計劃將*D打印建筑技術(shù)用于透過(guò)數字生態(tài)系統無(wú)線(xiàn)連結的出租公寓。這些大樓內部將會(huì )事先安裝能幫助人們的生活變得更便利的前沿技術(shù)產(chǎn)品，包括智能型溫控裝置、聲音響應式保全設備、具備環(huán)繞聲道音效功能的超高畫(huà)質(zhì)電視等。

顯然，*D打印遇到包括智能技術(shù)在內的新興技術(shù)時(shí)時(shí)，我們還將會(huì )迎來(lái)一個(gè)完整的生態(tài)系統，并根據人們的住房需要來(lái)提供住宅。當前，人口高齡化正在加速，與年輕人相比，由于老年人的動(dòng)作比較遲緩，且經(jīng)常會(huì )出于健康原因需要坐輪椅，結構復雜的房子經(jīng)常會(huì )給老年人帶來(lái)不便，無(wú)論是家里有樓梯，還是從玄關(guān)到前院的路上有樓梯或門(mén)檻，對老年人來(lái)說(shuō)都是種阻礙。

這種時(shí)候，就會(huì )需要一個(gè)沒(méi)有任何門(mén)檻、地板皆以平地相連的房子，而 *D打印技術(shù)很容易建造出這樣的房子，*D打印技術(shù)還能讓我們將室內設計成沒(méi)有房門(mén)的開(kāi)放式結構或走道寬敞的結構，以便移動(dòng)輪椅或移動(dòng)式的床，因此與結構復雜的現有房屋相比，*D打印的簡(jiǎn)約住房從各方面來(lái)說(shuō)都很適合老年人居住。

另外，*D打印帶來(lái)的智能型和現場(chǎng)型的施工還將對未來(lái)軍事和太空探索大有益處?？苹眯≌f(shuō)家布魯斯·斯特林有一句名言：“就像白蟻在地球上建造城堡一樣，機器人也可以在月球上建立起摩天大樓?！被谔章眯械南敕?，美國國家航空航天局已經(jīng)資助了幾個(gè)探索在外太空建造建筑物的可能辦法?；蛟S，在未來(lái)某一天，人們就能夠通過(guò)*D打印建筑在月球和火星上蓋房子。

最終，作為建筑業(yè)的一種改善，*D打印機將能夠建造出生態(tài)友好型高密度舒適住宅。與此同時(shí)，*D打印技術(shù)還將在未來(lái)引發(fā)多克托羅效應，即*D打印機不僅能夠打印復雜的設備、建筑材料等，還能精確復制*D打印機本身，那時(shí)人類(lèi)又將抵達一個(gè)新的轉折點(diǎn)。當*D打印機可以打印*D打印機時(shí)，加上先進(jìn)的下一代技術(shù)，未來(lái)的世界將以強有力的、目前的大腦還不能完全理解的方式被徹底改變，并帶來(lái)無(wú)盡的價(jià)值。（本文首發(fā)鈦媒體APP）

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