对于新兴的3D打印行业来说，这是向前迈出的一大步先进结构与复合材料中心制作了一个完全由生物基材料制成的原型房子。

600平方英尺。该结构于11月在大学的奥罗诺校区揭幕，由木纤维和复合材料中心所描述的生物树脂组成，使建筑完全可回收。房子的所有组成部分——屋顶、墙壁和地板——都是在该大学所说的世界上最大的聚合物3D打印机上打印出来的，该设备在2019年用于生产一艘船。

分四个模块打印，每个模块重约1万磅，BioHome3D根据该大学的一份声明，这些材料在复合材料中心外的一个地基上组装了大约半天。电力供应在两小时内就恢复了正常。

就在感恩节前，缅因州州长珍妮特·米尔斯(Janet Mills)、美国能源部和橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)的代表等官员在现场举行了揭幕仪式，他们称赞这项技术是在劳动力短缺和供应链问题严重的时代提供更多经济适用房的一种方式。打印的建筑物可以快速建造，现场工作最少，几乎没有生产浪费。

“我们的州正面临着住房危机和劳动力短缺的完美风暴，”米尔斯说，“但缅因大学再次站出来表明，我们可以用缅因州标志性的聪明才智来应对这些严峻的挑战。”

BioHome3D由ASCC与橡树岭国家实验室合作开发。

开发商看到了住房问题的答案

打印房屋和房屋构件是一项新兴技术，但并不完全是新技术。2016年，一家荷兰公司推出了一个86平方英尺的小型原型机。它是作为阿姆斯特丹的一个城市静修所安装的。随着设备的改进和科技公司对其潜力的探索，这是一个预告片。两年后，一家总部位于旧金山的住房慈善机构与德克萨斯州奥斯汀市的科技公司ICON合作，打印出了一个原型，并在当年的西南偏南会议上首次展出。

Quartz网站将该建筑描述为第一座符合规范的3D打印房屋，并可能获得允许人们实际居住在那里的许可。新的故事该公司表示，该技术可用于帮助解决其业务所在的拉丁美洲和加勒比地区贫困地区严重的住房短缺问题。房屋可以在几小时内打印出来，比传统的建造成本要低，有可能生产800平方英尺的房屋。房子大约4000美元。

建筑物的墙壁是用计算机控制的设备打印的，该设备可以分配连续的条纹专有的材料ICON称之为“熔岩”。打印复杂的形状，如弯曲的墙壁，就像制作一个普通的矩形一样容易。但这项技术也有其局限性。虽然Vulcan打印机可以创建墙壁，但木匠仍然需要安装窗户，门和框架屋顶。实际上，该设备在现场打印墙壁，而不是房屋。

在西南偏南会议揭幕一年后，New Story和ICON宣布他们将使用Vulcan打印机在拉丁美洲一个未公开的地点生产一组小房子。最近，ICON和房屋开发商莱纳(Lennar)表示，他们将在德克萨斯州的乔治城(Georgetown)打印一个名为狼的牧场。共有8个平面图，面积从1574平方米到2122平方米不等。有三间和四间卧室。起价将在40万美元左右。

ICON是众多探索3D打印技术可能性的公司之一。技术创新者强大的建筑和分支技术正在使用3D打印技术，更正式的说法是“增材制造”，为住宅和商业项目制造建筑部件。在休斯顿，一家名为汉娜的纽约公司开始打印美国第一个多层建筑，根据Dezeen的这篇文章。4000平方英尺。房子是用混凝土材料打印的。

Mighty Buildings表示，该技术将施工时间缩短了一半，产生的废物比传统建筑少99%。据该公司称，墙板的抗拉和抗折强度是混凝土的四倍，工厂生产的墙板可以根据任何房屋平面图进行定制。它的复合材料类似石头，由60%的再生树脂制成。

是什么让BioHome与众不同

混凝土是一种碳含量高、r值很低的材料，似乎是打印房屋最常用的材料。BioHome3D利用其木材纤维混合物解决了这两个缺点。房子在建成后并没有那么隔热，因为它实际上是由隔热木纤维和吹入的纤维素制成的。复合材料中心表示，r值可以根据特定场地的需要进行定制。

ASCC执行董事Habib Dagher博士在一份事先准备好的声明中表示:“许多技术正在开发用于3D打印家庭。但与BioHome3D不同的是，大多数都是用混凝土打印的。然而，只有混凝土墙被印在传统浇筑的混凝土基础上。传统的木框架或木桁架被用来完成屋顶。与现有技术不同的是，整个BioHome3D都是打印出来的，包括地板、墙壁和屋顶。使用的生物材料是100%可回收的，所以我们的曾孙可以完全回收BioHome3D。”

对于越来越多的建筑商来说，混凝土是一个特别敏感的话题。在世界范围内，水泥(混凝土的粘合剂)的生产约占所有温室气体排放量的8%。使用大量混凝土的建筑物预先装载了沉重的碳惩罚，可以抵消更高运营效率所节省的碳量。在短期内，像克里斯·马格伍德这样的专家奋进号中心相信降低建筑材料的含碳量在减缓全球变暖方面比降低运营碳排放更重要。

这些担忧促使一些建筑商寻找含有少量碳生物基材料的材料，例如木纤维绝缘材料，同时避免使用喷雾和硬质泡沫、钢铁和混凝土等材料。从这个角度来看，BioHome3D看起来比使用混凝土的打印技术更有吸引力。

其他人也在研究这个问题。例如，Mighty Buildings公司表示，它与Fortera公司建立了合作关系。Fortera公司开发了一种新型水泥，与传统混凝土相比，这种水泥的二氧化碳排放量减少了60%以上。Mighty Buildings表示，这一合作关系将帮助该公司在2028年前实现碳中和。

缅因州原型机的细节

在电话中，Dagher说打印BioHome3D完成了大学几十年的研究，包括在世界各地对挤压木基材料的测试。在赤道地区，它的性能优于加压处理过的木材。

这个过程从锯木厂留下的木材残渣开始，这些木材曾经被运往纸浆厂和造纸厂。木材纤维被磨成微米级和纳米级的颗粒，并与一种可以从玉米、木材或其他材料中提取的树脂结合在一起(这座房子的确切树脂混合物没有透露)。大约60%的材料是木粉重量，剩下的是树脂。

由于树脂可以防止水侵入，这种印刷材料可以抵抗腐蚀。当需要回收建筑物时，只需将其与残留物一起磨碎，然后再通过打印机发送。Dagher说，复合材料中心正在研究的一件事是，经过反复的打印、回收和再打印，材料的原始特性会发生什么变化。

这种打印工艺的一个优点是，墙壁和屋顶的厚度——也就是建筑的r值——可以根据现场情况进行调整。在奥罗诺(Orono)的示范房子里，墙的高度约为10英寸。很厚，屋顶比那厚一点。这可能不足以满足缅因州目前的法规要求，缅因州属于第6气候带，但把它们变厚不是问题。

Dagher说:“你可以把空腔的厚度调整到任何你想要的程度，因为打印机不会在意。”“当你去买木材时，你找不到2x14的。它们根本不存在。但在我们的情况下，2x14不是问题…2x16的尺寸不是问题。我们可以把墙缩放到任何你感兴趣的R值。我们的目标是设计r值…我们可以根据需求调整墙体的厚度。”

墙体部分用内层和外层印刷。两者用桁架状的钢筋连接，并在空腔内填充纤维素保温。所有生物材料的组合是比混凝土更好的绝缘体，而且它还能隔离碳。他说，如果这个过程可以包括可持续生长的森林作为木材的来源，“树木就会成为碳封存器，房子就会成为碳储存单元，这就是我们看待这个特殊过程的方式。”

随着时间的推移，印刷速度——这是使印刷结构在成本上与木棒结构竞争的关键——已经显著提高。

当被问及打印BioHome3D花了多长时间时，Dagher笑着说:“现在，太长了。但当我们几年前开始这样做的时候，每小时是20磅。当我们打印这个房子的时候，是每小时120磅，快了6倍，上个月我们安装了一个500磅。我们正在测试它是如何运作的这项技术的关键在于我们现在正在进行的规模放大。对于第一个原型，我们并不是在追求速度，而是它是否真的有效?这能做到吗?它在环境中经得起考验吗?这就是我们想要弄清楚的。”

Dagher说，最终的目标是在48小时内打印出这么大的房子。他认为，在这一点上，建造这种建筑将比建造传统框架建筑更便宜。

BioHome3D配备了各种传感器来测量热阻、热桥接、结构完整性和其他值，这是更好地理解过程的关键。一些墙壁保留了印刷，其他墙壁覆盖着干墙，以向游客展示不同的选择。但达格尔说，这种生物原料很受欢迎。

“人们喜欢它的样子，”他说。“当他们走进来的时候，他们说，哇，我想住在这里。我还没见过一个进来的人不想住在这里。它有一种非常温暖的感觉。有人走过来告诉我，这里不应该是低收入家庭，而应该是高端家庭。”

打印建筑部件，而不是整个建筑

模块化建筑、板式建筑和带有结构绝缘板(sip)的建筑在当时都被吹捧为具有加速生产和减少浪费潜力的令人兴奋的新技术。有些在世界其他地方很常见，比如斯堪的纳维亚半岛，大多数新房子都是用预制构件在现场制造的，但这种建筑在这里流行得很慢。大多数单户住宅仍然由木匠在现场组装，他们一次切割一个螺柱、托梁和头。空气密封和绝缘是一项费时费力的工作，对许多购房者来说，高性能的房子是遥不可及的。

3D打印有那么好吗?它能与高性能的现场建造房屋相媲美吗?它能被广泛应用，在建筑行业产生真正的影响吗?

Seyed Ghaffar博士是伦敦布鲁内尔大学(Brunel University)的高级讲师兼土木工程副教授，他认为最有前途的方法是打印积木，这些积木可以像乐高积木一样组装成建筑物。

他的自己的工作作为建筑增材制造技术研究小组的负责人，他专注于使用回收废物代替3D打印中的原始骨料，制造可以开槽在一起形成墙壁的砖块。

“预制构件形式的现代建筑方法，在解决建筑行业的挑战方面可能更有潜力，”他在一封电子邮件中说。“3D打印技术可以在工厂中更有效地生产预制构件。在不久的将来，机器人将在整个建筑行业发挥重要作用，尤其是在预制建筑领域。”

Ghaffar说，他的团队已经能够用再生骨料代替沙子来打印，并且已经完全用工业副产品取代了波特兰水泥。

“低碳混凝土是前进的方向，给可持续发展的未来带来了一些希望，”他说。但是Ghaffar补充说，在他看来，生物基材料还没有完全发展到足以在工业中“大规模实施”。

打印部件而不是整个建筑物也是Mighty buildings和田纳西州查塔努加(Chattanooga)公司采用的方法。，基于分支技术所追求的。

去年年底，根据这份报告在Dezeen上发表的一篇文章中，Mighty Buildings交付了据称是世界上第一个3D打印的零净住宅，这是加利福尼亚州沙漠温泉市40个单元开发项目的一部分，占地1171平方英尺。这座两居室的现代住宅由墙板制成，这些墙板是在该公司位于奥克兰的工厂打印的，然后在现场组装。Dezeen说，轻钢屋顶、管道和机械核心也是在现场制作的，所有这些都在不到一天的时间内组装在混凝土板上。

墙体材料被公司称为“轻石”，其热工性能优于混凝土，重量减轻30%，含碳量更少。

这是住房解决方案的一部分，但不是全部

Lucas Toffoli是落基山研究所无碳建筑项目的负责人，也是RMI的负责人先进建筑施工协作组他承认，打印出来的混凝土建筑本身并不能成为很好的绝缘体。

他在电话中说:“我们在研究这项技术时遇到的一个大问题是，能源性能，特别是被动包络性能适合它吗?”“仅仅因为你用混凝土进行3D打印并不意味着你放弃了任何形式的绝缘材料。这只是意味着你必须考虑它，很可能作为建设过程的一个单独部分。”

例如，ICON表示，它使用开孔泡沫来隔离其结构，具体细节取决于位置。

混凝土的低热阻(每英寸低于R-1)是缅因大学的生物打印如此有趣的原因之一，Toffoli说。除了具有更好的热性能外，生物基原料可以隔离碳，解决了使用混凝土建筑材料的另一个固有缺点。

看着一台机器人把像牙膏一样的材料铺成条状，形成整个建筑物或建筑物的一部分，这是一种迷人的感觉。一个由电脑控制的头不停地转动，不知疲倦地精确地筑起城墙。没有咖啡休息时间。不要太短的耳钉。但这项技术真的可以被引入建筑行业的主流吗?

“我认为它有潜力，”Toffoli说。“我不认为这是噱头。我也不会说它是万灵药。我认为它有一席之地。这很有趣，这是一项不断发展的技术，在某些应用中会很有用，但我不认为它会占领整个住宅建筑领域。”

他说，它特别适合于世界上一些地方的军事住房场景或建筑，在这些地方，风或风暴等环境压力是其中的一部分，你想要一个非常坚固的建筑，可以快速部署。他补充说，对住房的需求是如此迫切，即使3D打印不会取代更传统的建筑形式，它也可以成为一种有用的补充。

他说:“就住房建设而言，我们现在的处境是，我们需要更多、更好、更快的住房，而我们需要的时候，建筑工人的趋势并没有朝着我们需要的方向发展。”“正因为如此，我认为这是一个所有人都参与进来的局面，我欢迎各种创新解决方案，我认为3d打印是其中之一，但不是能够解决所有情况下的所有问题。”

Toffoli继续说道:“我认为，在美国面临的气候和住房供应挑战以及劳动力能力问题上，我们都处于如此严峻的境地。当我看到诸如3d打印将拯救世界或解决住房危机之类的头条新闻时，我对此持怀疑态度。但我不会说3d打印作为一个概念是一个噱头。它有自己的一席之地，它也指的是一系列彼此截然不同的技术，但它不会独自解决我们所有的问题。”

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Scott Gibson是GBA和良好的住宅建筑杂志。本文更新于1月11日。