編者按：3D打印技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用已越來越多，它正逐步重塑我們的居住環(huán)境。在全球范圍內(nèi)，尤其是面臨住房問題更為緊迫的西方國家，各國正加速探索3D打印建造住宅的潛力。本文深入探討了美國在建筑領(lǐng)域3D打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其領(lǐng)軍企業(yè)，這同時(shí)也為我們探索未來建筑新途徑提供了參考。

來源 | Smithsonian

作者 | Jim Morrison

編譯 | 資源庫

施工速度更快、更清潔、更便宜，但還需要進(jìn)行一些試驗(yàn)和錯(cuò)誤。

圖片來源：ICON

在一塊狹小的空地上，緊挨著一塊寫有“人類棲息地：3D生活展示”的標(biāo)牌，塞拉·羅馬斯（Sierra Romas）注視著軌道上移動(dòng)的龍門架噴頭，它一層層地噴涂混凝土，總共166層，每層不到一英寸厚——建造她的三居室房子的墻壁。

“看著機(jī)器完成所有工作真是令人震驚，非常超現(xiàn)實(shí)?！币粋€(gè)冬日夜晚，她坐在與兩個(gè)兒子共住的成品房客廳里，這樣說道。

這座位于弗吉尼亞州紐波特紐斯的超現(xiàn)實(shí)3D打印房屋，被出售給了Sierra，它為解決日益嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)適用房問題提供了一個(gè)潛在的解決方案，這是國家低收入住房聯(lián)盟正在解決的問題。根據(jù)美國住房聯(lián)盟的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表示，住房需求已經(jīng)超過了700萬套。

弗吉尼亞州仁人家園半島和大威廉斯堡分會(huì)建造了三座3D打印房屋，圖片來源：Alquist 3D

混凝土打印的速度更快——Sierra的1300平方英尺住宅的墻壁僅用了約40小時(shí)就建成了。它還比傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)建筑便宜，而木結(jié)構(gòu)建筑在過去一個(gè)世紀(jì)幾乎未見變化。

Sierra的家是仁人家園半島和大威廉斯堡分會(huì)建造的第三個(gè)房屋。該分會(huì)的首席執(zhí)行官珍妮特·格林（Janet Green）表示，每套房屋的造價(jià)都低于以前。Sierra的房屋打印成本約為21.5萬美元，比第一個(gè)項(xiàng)目少了2.5萬美元；該地塊并非市住房管理局所管轄?！拔覀児烙?jì)未來3D打印房屋的最終成本約為18萬至19萬美元，”她說。目前，該地區(qū)同等面積的房屋平均掛牌價(jià)超過26萬美元。

除了速度和可負(fù)擔(dān)性之外，還有其他好處。相比于美國每年產(chǎn)生約6億噸建筑廢料，3D打印施工更加清潔，因而減少了浪費(fèi)。此外，3D打印的房屋更節(jié)能，因?yàn)榛炷辆哂懈玫母魺嵝阅?，降低了供暖和制冷成本。它們遭火?zāi)或爆炸的可能性也大大降低，因此可能會(huì)降低保險(xiǎn)費(fèi)用。打印墻壁和有時(shí)打印地基的自動(dòng)化同時(shí)減少了勞動(dòng)力需求——3D打印機(jī)只需一到兩人操作——這在建筑工人短缺時(shí)尤其重要。

正在建造中的房屋墻壁，圖片來自：Alquist 3D

打印這三棟Habitat住房的Alquist 3D公司去年在得到市和州政府400萬美元激勵(lì)措施的吸引下，將總部從愛荷華州遷至科羅拉多州格里利。該公司計(jì)劃在那里建造100棟住宅，作為擁有300棟住宅的仁人家園項(xiàng)目的一部分。它還與Aims社區(qū)學(xué)院合作，開設(shè)了3D打印課程，以培養(yǎng)擴(kuò)大此技術(shù)影響所需的工人。

由100棟3D打印房屋組成的社區(qū)，圖片來自：ICON

3D打印建筑市場的最大參與者是位于德克薩斯州的Icon，該公司擁有400多名員工。Icon正在與美國第二大住宅建筑商Lennar合作，在德克薩斯州奧斯汀郊區(qū)打印100棟包含500個(gè)單元的住宅項(xiàng)目，該項(xiàng)目的建筑結(jié)構(gòu)由Bjarke Ingels Group共同設(shè)計(jì)，以應(yīng)對那里的住房成本飆升。奧斯汀地區(qū)同等面積的房屋中位價(jià)超過80萬美元，但這些單位目前的價(jià)格在46.9萬美元至57.9萬美元之間。每座打印房屋的外墻和內(nèi)墻在兩周內(nèi)完成，而傳統(tǒng)裝修則需約六個(gè)月完成。

居民最近搬進(jìn)了首批出售的房屋?！拔覀冿@著節(jié)省了時(shí)間，這當(dāng)然轉(zhuǎn)化為了成本和融資方面的巨大優(yōu)勢，”Icon的建筑性能和設(shè)計(jì)副總裁Melodie Yashar表示。

ICON負(fù)責(zé)3D打印月球棲息地的渲染圖，圖片來自：ICON

該公司還打印了軍營，并設(shè)定了宏偉的目標(biāo)。它已經(jīng)籌集了超過4.3億美元的資金，并與NASA簽訂了一份價(jià)值5700萬美元的合同，用于開發(fā)月球棲息地?！叭绻覀兡芤砸话氲臅r(shí)間和一半的成本建造出性能加倍的房屋，會(huì)怎樣呢？”Icon的首席執(zhí)行官Jason Ballard在2022年的一次會(huì)議上提問。“我們能解決什么問題？我們面前會(huì)出現(xiàn)什么樣的機(jī)會(huì)？”

Icon與位于拉丁美洲的舊金山非盈利建筑住房New Story合作，打印了一個(gè)住房社區(qū)，為墨西哥的極端貧困人口提供援助。

3月份，Icon將宣布名為Initiative 99的全球100萬美元競賽的獲勝者，該競賽旨在為3D打印房屋進(jìn)行設(shè)計(jì)，建造成本為9.9萬美元。該公司已收到來自60個(gè)國家的數(shù)百份提交材料。為了展示可能性，Icon將在其一個(gè)項(xiàng)目中構(gòu)建一項(xiàng)或多項(xiàng)獲獎(jiǎng)設(shè)計(jì)。

“Initiative 99是我們舉辦的一項(xiàng)全球競賽，旨在發(fā)現(xiàn)來自建筑專業(yè)人士和學(xué)生的關(guān)鍵設(shè)計(jì)，他們可以真正改變和轉(zhuǎn)變迄今為止關(guān)于經(jīng)濟(jì)適用住房的討論，”Yashar說。

機(jī)器人3D打印機(jī)Vulcan，圖片來自：ICON

兩家公司采取了不同的方法。Alquist是一家購買或租賃打印機(jī)的建筑公司。Icon是一家與建筑公司合作的制造商，它擁有一種名為Vulcan的專有機(jī)器人機(jī)器和幾種名為Lavacrete的混凝土混合物。Icon還提供了一套指導(dǎo)打印建筑設(shè)計(jì)過程的軟件。到目前為止，Alquist只打印了直的外墻，而Icon則打印了彎曲的外墻和內(nèi)墻。

對住房的需求，特別是經(jīng)濟(jì)適用房的需求非常巨大，且已持續(xù)數(shù)十年。2021年，在美國3143個(gè)縣中有239個(gè)縣（這些地區(qū)的人口稠密，占美國所有租房者的三分之一）中，超過一半的租房者面臨“住房成本負(fù)擔(dān)重”，意味著他們將超過30%的收入用于支付租金。多年來，單戶住宅的建設(shè)并未顯著增長；到2023年，預(yù)計(jì)該數(shù)字將比2022年下降9%。全國房地產(chǎn)經(jīng)紀(jì)人協(xié)會(huì)表示，過去20年美國出現(xiàn)了550萬套住房短缺。

使用混凝土打印房屋的想法已經(jīng)存在幾十年。它的起源可以追溯到William E. Urschel的“墻體建造機(jī)器”，該機(jī)器于1941年推出，并在三年后獲得了專利。該機(jī)器圍繞中心臂旋轉(zhuǎn)，將混凝土一層層倒入料斗中。不過這個(gè)想法很快就消失了。

2012年，南加州大學(xué)工程師Berok Khoshnevis在TED演講中提倡機(jī)器人建筑后，這個(gè)想法再次引起了人們的興趣。十多年來，Khoshnevis一直在研究所謂的“輪廓工藝”。他預(yù)計(jì)這項(xiàng)技術(shù)將在2020年普及，并在2025年用于建造高層建筑。Khoshnevis后來放棄了這一預(yù)測，去年告訴《紐約客》雜志，他認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)不會(huì)成為行業(yè)的主流。

位于德克薩斯州喬治城 (Georgetown) 的第一座3D打印住宅，圖片來自：ICON

Icon于2017年成立，Alquist于2020年成立，其創(chuàng)始人都是充滿熱情和愿景的人，他們堅(jiān)信3D打印有望解決這個(gè)看似棘手的問題。Icon的聯(lián)合創(chuàng)始人Ballard大學(xué)畢業(yè)后在無家可歸者收容所工作，隨后在奧斯汀創(chuàng)立了一家可持續(xù)建筑材料公司。當(dāng)他尋找能從根本上顛覆建筑行業(yè)的東西時(shí)，3D打印贏得了他的心。

Alquist的創(chuàng)始人扎卡里·曼海默（Zachary Mannheimer）大學(xué)主修戲劇，并在紐約布魯克林經(jīng)營一個(gè)政治戲劇公司。他夢想激勵(lì)持不同觀點(diǎn)的人，但發(fā)現(xiàn)布魯克林的大多數(shù)鄰居都同意他的觀點(diǎn)，因此他搬到了得梅因，創(chuàng)建了一個(gè)文化中心——得梅因社交俱樂部，然后擴(kuò)展到創(chuàng)意場所營造和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。他在整個(gè)中西部較小社區(qū)的發(fā)展中發(fā)現(xiàn)，“但無論我們走到哪里，每年的第一大問題都是住房?！彼f，“無論我們是否創(chuàng)造了一個(gè)很酷的劇院或文化中心，甚至為他們提供了兒童保育資金，這都不重要。如果他們沒有地方住，那一切都毫無意義。因此，我們開始探索解決住房問題的方法。2016年，我發(fā)現(xiàn)了3D打印房屋并對其著迷?！?br />
Icon的Yashar和Alquist的Mannheimer都清楚這項(xiàng)技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)。“人們真的很想進(jìn)入3D世界，因?yàn)樗葌鹘y(tǒng)建筑省錢，”Mannheimer說?！拔覀兿嘈潘罱K會(huì)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在，它并沒有解決任何戲劇性的問題?！?br />
降低成本的關(guān)鍵是擴(kuò)大施工規(guī)模。Yashar表示：“與傳統(tǒng)的建筑方式和方法相比，3D打印的建造成本大約要便宜10%到30%?！彼a(bǔ)充說，工地上建造的建筑越多，節(jié)省的費(fèi)用就越多。節(jié)省的時(shí)間（僅需兩周就可以打印墻壁）也轉(zhuǎn)化為融資方面的增值。

ICON在奧斯汀出售的第一套房屋，圖片來自：ICON

“通過利用這項(xiàng)技術(shù)的成本優(yōu)化和時(shí)間優(yōu)化，我們實(shí)際上可以減輕我們所認(rèn)為的全球住房危機(jī)，”她補(bǔ)充說。Yashar表示，為了使這項(xiàng)技術(shù)更加強(qiáng)大和更具吸引力，Icon設(shè)有一個(gè)研究和設(shè)計(jì)部門，致力于開發(fā)不同的系統(tǒng)，以便在不同的氣候下進(jìn)行打印，同時(shí)還制定了一個(gè)測試墻體對抗龍卷風(fēng)、颶風(fēng)和風(fēng)暴的彈性的程序。

Mannheimer還表示，混凝土材料的成本需要降低以節(jié)省成本?！拔覀儽仨毞艞夁@種做法，將材料本地化，并使其更環(huán)保、對環(huán)境更友好，”他補(bǔ)充道。盡管3D打印只需要一到兩個(gè)人在現(xiàn)場，但數(shù)千名工人需要接受技術(shù)培訓(xùn)。

“我們在美國進(jìn)行3D打印才大約五年。它還很新。沒有人能做到完美，”Mannheimer說。“每次我們這樣做都是一個(gè)學(xué)習(xí)過程。我懷疑這一點(diǎn)在未來20年內(nèi)都不會(huì)改變?！?br />
弗吉尼亞理工大學(xué)弗吉尼亞住房研究中心主任安德魯·麥考伊（Andrew McCoy）參與了弗吉尼亞州的三棟Habitat住宅項(xiàng)目，此前他發(fā)表的一項(xiàng)研究顯示，該州需要27.5萬套新住宅，但每年只建造2萬套。

McCoy表示，市場狀況為3D打印提供了機(jī)會(huì)?！拔覀兲幱谝粋€(gè)獨(dú)特的位置，目前借錢的成本很高。我們很難找到勞動(dòng)力。當(dāng)我們找到時(shí)，我們必須培訓(xùn)他們并讓他們加快速度，”他說。“材料成本確實(shí)很高。從我們開始工作到讓客戶進(jìn)入大樓的時(shí)間長度已經(jīng)延長。所有這些都非常適合這樣的技術(shù)。”

McCoy指出，需要說服建筑行業(yè)改變一個(gè)多世紀(jì)以來建造房屋的方式。他不想向建筑公司提供混凝土打印機(jī)作為最終解決方案，而是想讓他們參與產(chǎn)品的開發(fā)，以滿足他們的需求?！八麄冎浪麄兪峭ㄟ^什么途徑來到這里的，”他解釋說。“到目前為止已經(jīng)很成功了——為什么要改變呢？所以，我們想進(jìn)去說，‘看，讓我們把這個(gè)放在你面前。你會(huì)如何使用它？你想如何使用它？’”

如果問支持者這一過程何時(shí)會(huì)得到廣泛應(yīng)用，答案是幾年，從2到20年不等。McCoy表示，與Lennar合作在德克薩斯州開展的Icon項(xiàng)目可以向建筑商展示這種方式。但他也不相信3D混凝土打印是未來。未來可能是一個(gè)組合，包括建筑部件的3D金屬和塑料打印，這也將節(jié)省時(shí)間和金錢，并且更容易獲得。

目前的技術(shù)——木結(jié)構(gòu)房屋——已經(jīng)發(fā)展了一個(gè)多世紀(jì)。McCoy說，給3D打印時(shí)間?！俺鲇谀撤N原因，我們希望這些東西開箱即用，立即為每個(gè)人賺錢，但事實(shí)并非如此，”他補(bǔ)充道。

Mighty Buildings制作的3D打印示范房屋，圖片來自：Mighty Buildings

Mighty Buildings是一家正在探索打印家居組件的公司，該公司獲得了勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室和仁人家園500萬美元的撥款，用于在舊金山灣區(qū)開發(fā)可持續(xù)且經(jīng)濟(jì)適用的住房。該公司還在加州的幾個(gè)社區(qū)建造凈零能耗住宅。該公司已籌集1.5億美元資金，提供一套3D打印墻板、門、窗和屋頂部件，可在四天內(nèi)組裝完畢。

“對開發(fā)商來說，一大好處是我們縮短了他們支付建筑貸款利息的時(shí)間，”該公司創(chuàng)始人之一阿列克謝·杜波夫（Alexey Dubov）表示。其過程還解決了氣候危機(jī)。Mighty Buildings的合成石材料使用回收玻璃，其建造的高度隔熱的房屋以及屋頂上的太陽能電池板意味著它們可以產(chǎn)生與使用一樣多的能源。

建筑用3D打印會(huì)獲得廣泛接受嗎？Mannheimer持謹(jǐn)慎樂觀的態(tài)度?！敖鉀Q住房問題有兩個(gè)答案。一是：公司應(yīng)該向員工支付更高的工資，以承受不斷上漲的成本，當(dāng)然，這是我們無法控制的，”他說?！盎蛘呶覀儽仨毥档土鞒讨胁牧系某杀?。或者最好兩者兼而有之。這是唯一的解決辦法。所以，我認(rèn)為3D打印將在未來幾年內(nèi)幫助我們實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。但我們還需要經(jīng)歷更多的嘗試和錯(cuò)誤?！?

編者按：3D打印技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用已越來越多，它正逐步重塑我們的居住環(huán)境。在全球范圍內(nèi)，尤其是面臨住房問題更為緊迫的西方國家，各國正加速探索3D打印建造住宅的潛力。本文深入探討了美國在建筑領(lǐng)域3D打印技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及其領(lǐng)軍企業(yè)，這同時(shí)也為我們探索未來建筑新途徑提供了參考。

來源 | Smithsonian

作者 | Jim Morrison

編譯 | 資源庫

施工速度更快、更清潔、更便宜，但還需要進(jìn)行一些試驗(yàn)和錯(cuò)誤。

圖片來源：ICON

在一塊狹小的空地上，緊挨著一塊寫有“人類棲息地：3D生活展示”的標(biāo)牌，塞拉·羅馬斯（Sierra Romas）注視著軌道上移動(dòng)的龍門架噴頭，它一層層地噴涂混凝土，總共166層，每層不到一英寸厚——建造她的三居室房子的墻壁。

“看著機(jī)器完成所有工作真是令人震驚，非常超現(xiàn)實(shí)?！币粋€(gè)冬日夜晚，她坐在與兩個(gè)兒子共住的成品房客廳里，這樣說道。

這座位于弗吉尼亞州紐波特紐斯的超現(xiàn)實(shí)3D打印房屋，被出售給了Sierra，它為解決日益嚴(yán)峻的經(jīng)濟(jì)適用房問題提供了一個(gè)潛在的解決方案，這是國家低收入住房聯(lián)盟正在解決的問題。根據(jù)美國住房聯(lián)盟的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表示，住房需求已經(jīng)超過了700萬套。

弗吉尼亞州仁人家園半島和大威廉斯堡分會(huì)建造了三座3D打印房屋，圖片來源：Alquist 3D

混凝土打印的速度更快——Sierra的1300平方英尺住宅的墻壁僅用了約40小時(shí)就建成了。它還比傳統(tǒng)的木結(jié)構(gòu)建筑便宜，而木結(jié)構(gòu)建筑在過去一個(gè)世紀(jì)幾乎未見變化。

Sierra的家是仁人家園半島和大威廉斯堡分會(huì)建造的第三個(gè)房屋。該分會(huì)的首席執(zhí)行官珍妮特·格林（Janet Green）表示，每套房屋的造價(jià)都低于以前。Sierra的房屋打印成本約為21.5萬美元，比第一個(gè)項(xiàng)目少了2.5萬美元；該地塊并非市住房管理局所管轄?！拔覀児烙?jì)未來3D打印房屋的最終成本約為18萬至19萬美元，”她說。目前，該地區(qū)同等面積的房屋平均掛牌價(jià)超過26萬美元。

除了速度和可負(fù)擔(dān)性之外，還有其他好處。相比于美國每年產(chǎn)生約6億噸建筑廢料，3D打印施工更加清潔，因而減少了浪費(fèi)。此外，3D打印的房屋更節(jié)能，因?yàn)榛炷辆哂懈玫母魺嵝阅?，降低了供暖和制冷成本。它們遭火?zāi)或爆炸的可能性也大大降低，因此可能會(huì)降低保險(xiǎn)費(fèi)用。打印墻壁和有時(shí)打印地基的自動(dòng)化同時(shí)減少了勞動(dòng)力需求——3D打印機(jī)只需一到兩人操作——這在建筑工人短缺時(shí)尤其重要。

正在建造中的房屋墻壁，圖片來自：Alquist 3D

打印這三棟Habitat住房的Alquist 3D公司去年在得到市和州政府400萬美元激勵(lì)措施的吸引下，將總部從愛荷華州遷至科羅拉多州格里利。該公司計(jì)劃在那里建造100棟住宅，作為擁有300棟住宅的仁人家園項(xiàng)目的一部分。它還與Aims社區(qū)學(xué)院合作，開設(shè)了3D打印課程，以培養(yǎng)擴(kuò)大此技術(shù)影響所需的工人。

由100棟3D打印房屋組成的社區(qū)，圖片來自：ICON

3D打印建筑市場的最大參與者是位于德克薩斯州的Icon，該公司擁有400多名員工。Icon正在與美國第二大住宅建筑商Lennar合作，在德克薩斯州奧斯汀郊區(qū)打印100棟包含500個(gè)單元的住宅項(xiàng)目，該項(xiàng)目的建筑結(jié)構(gòu)由Bjarke Ingels Group共同設(shè)計(jì)，以應(yīng)對那里的住房成本飆升。奧斯汀地區(qū)同等面積的房屋中位價(jià)超過80萬美元，但這些單位目前的價(jià)格在46.9萬美元至57.9萬美元之間。每座打印房屋的外墻和內(nèi)墻在兩周內(nèi)完成，而傳統(tǒng)裝修則需約六個(gè)月完成。

居民最近搬進(jìn)了首批出售的房屋?！拔覀冿@著節(jié)省了時(shí)間，這當(dāng)然轉(zhuǎn)化為了成本和融資方面的巨大優(yōu)勢，”Icon的建筑性能和設(shè)計(jì)副總裁Melodie Yashar表示。

ICON負(fù)責(zé)3D打印月球棲息地的渲染圖，圖片來自：ICON

該公司還打印了軍營，并設(shè)定了宏偉的目標(biāo)。它已經(jīng)籌集了超過4.3億美元的資金，并與NASA簽訂了一份價(jià)值5700萬美元的合同，用于開發(fā)月球棲息地?！叭绻覀兡芤砸话氲臅r(shí)間和一半的成本建造出性能加倍的房屋，會(huì)怎樣呢？”Icon的首席執(zhí)行官Jason Ballard在2022年的一次會(huì)議上提問。“我們能解決什么問題？我們面前會(huì)出現(xiàn)什么樣的機(jī)會(huì)？”

Icon與位于拉丁美洲的舊金山非盈利建筑住房New Story合作，打印了一個(gè)住房社區(qū)，為墨西哥的極端貧困人口提供援助。

3月份，Icon將宣布名為Initiative 99的全球100萬美元競賽的獲勝者，該競賽旨在為3D打印房屋進(jìn)行設(shè)計(jì)，建造成本為9.9萬美元。該公司已收到來自60個(gè)國家的數(shù)百份提交材料。為了展示可能性，Icon將在其一個(gè)項(xiàng)目中構(gòu)建一項(xiàng)或多項(xiàng)獲獎(jiǎng)設(shè)計(jì)。

“Initiative 99是我們舉辦的一項(xiàng)全球競賽，旨在發(fā)現(xiàn)來自建筑專業(yè)人士和學(xué)生的關(guān)鍵設(shè)計(jì)，他們可以真正改變和轉(zhuǎn)變迄今為止關(guān)于經(jīng)濟(jì)適用住房的討論，”Yashar說。

機(jī)器人3D打印機(jī)Vulcan，圖片來自：ICON

兩家公司采取了不同的方法。Alquist是一家購買或租賃打印機(jī)的建筑公司。Icon是一家與建筑公司合作的制造商，它擁有一種名為Vulcan的專有機(jī)器人機(jī)器和幾種名為Lavacrete的混凝土混合物。Icon還提供了一套指導(dǎo)打印建筑設(shè)計(jì)過程的軟件。到目前為止，Alquist只打印了直的外墻，而Icon則打印了彎曲的外墻和內(nèi)墻。

對住房的需求，特別是經(jīng)濟(jì)適用房的需求非常巨大，且已持續(xù)數(shù)十年。2021年，在美國3143個(gè)縣中有239個(gè)縣（這些地區(qū)的人口稠密，占美國所有租房者的三分之一）中，超過一半的租房者面臨“住房成本負(fù)擔(dān)重”，意味著他們將超過30%的收入用于支付租金。多年來，單戶住宅的建設(shè)并未顯著增長；到2023年，預(yù)計(jì)該數(shù)字將比2022年下降9%。全國房地產(chǎn)經(jīng)紀(jì)人協(xié)會(huì)表示，過去20年美國出現(xiàn)了550萬套住房短缺。

使用混凝土打印房屋的想法已經(jīng)存在幾十年。它的起源可以追溯到William E. Urschel的“墻體建造機(jī)器”，該機(jī)器于1941年推出，并在三年后獲得了專利。該機(jī)器圍繞中心臂旋轉(zhuǎn)，將混凝土一層層倒入料斗中。不過這個(gè)想法很快就消失了。

2012年，南加州大學(xué)工程師Berok Khoshnevis在TED演講中提倡機(jī)器人建筑后，這個(gè)想法再次引起了人們的興趣。十多年來，Khoshnevis一直在研究所謂的“輪廓工藝”。他預(yù)計(jì)這項(xiàng)技術(shù)將在2020年普及，并在2025年用于建造高層建筑。Khoshnevis后來放棄了這一預(yù)測，去年告訴《紐約客》雜志，他認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)不會(huì)成為行業(yè)的主流。

位于德克薩斯州喬治城 (Georgetown) 的第一座3D打印住宅，圖片來自：ICON

Icon于2017年成立，Alquist于2020年成立，其創(chuàng)始人都是充滿熱情和愿景的人，他們堅(jiān)信3D打印有望解決這個(gè)看似棘手的問題。Icon的聯(lián)合創(chuàng)始人Ballard大學(xué)畢業(yè)后在無家可歸者收容所工作，隨后在奧斯汀創(chuàng)立了一家可持續(xù)建筑材料公司。當(dāng)他尋找能從根本上顛覆建筑行業(yè)的東西時(shí)，3D打印贏得了他的心。

Alquist的創(chuàng)始人扎卡里·曼海默（Zachary Mannheimer）大學(xué)主修戲劇，并在紐約布魯克林經(jīng)營一個(gè)政治戲劇公司。他夢想激勵(lì)持不同觀點(diǎn)的人，但發(fā)現(xiàn)布魯克林的大多數(shù)鄰居都同意他的觀點(diǎn)，因此他搬到了得梅因，創(chuàng)建了一個(gè)文化中心——得梅因社交俱樂部，然后擴(kuò)展到創(chuàng)意場所營造和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。他在整個(gè)中西部較小社區(qū)的發(fā)展中發(fā)現(xiàn)，“但無論我們走到哪里，每年的第一大問題都是住房?！彼f，“無論我們是否創(chuàng)造了一個(gè)很酷的劇院或文化中心，甚至為他們提供了兒童保育資金，這都不重要。如果他們沒有地方住，那一切都毫無意義。因此，我們開始探索解決住房問題的方法。2016年，我發(fā)現(xiàn)了3D打印房屋并對其著迷?！?br />
Icon的Yashar和Alquist的Mannheimer都清楚這項(xiàng)技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)。“人們真的很想進(jìn)入3D世界，因?yàn)樗葌鹘y(tǒng)建筑省錢，”Mannheimer說?！拔覀兿嘈潘罱K會(huì)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在，它并沒有解決任何戲劇性的問題?！?br />
降低成本的關(guān)鍵是擴(kuò)大施工規(guī)模。Yashar表示：“與傳統(tǒng)的建筑方式和方法相比，3D打印的建造成本大約要便宜10%到30%?！彼a(bǔ)充說，工地上建造的建筑越多，節(jié)省的費(fèi)用就越多。節(jié)省的時(shí)間（僅需兩周就可以打印墻壁）也轉(zhuǎn)化為融資方面的增值。

ICON在奧斯汀出售的第一套房屋，圖片來自：ICON

“通過利用這項(xiàng)技術(shù)的成本優(yōu)化和時(shí)間優(yōu)化，我們實(shí)際上可以減輕我們所認(rèn)為的全球住房危機(jī)，”她補(bǔ)充說。Yashar表示，為了使這項(xiàng)技術(shù)更加強(qiáng)大和更具吸引力，Icon設(shè)有一個(gè)研究和設(shè)計(jì)部門，致力于開發(fā)不同的系統(tǒng)，以便在不同的氣候下進(jìn)行打印，同時(shí)還制定了一個(gè)測試墻體對抗龍卷風(fēng)、颶風(fēng)和風(fēng)暴的彈性的程序。

Mannheimer還表示，混凝土材料的成本需要降低以節(jié)省成本?！拔覀儽仨毞艞夁@種做法，將材料本地化，并使其更環(huán)保、對環(huán)境更友好，”他補(bǔ)充道。盡管3D打印只需要一到兩個(gè)人在現(xiàn)場，但數(shù)千名工人需要接受技術(shù)培訓(xùn)。

“我們在美國進(jìn)行3D打印才大約五年。它還很新。沒有人能做到完美，”Mannheimer說。“每次我們這樣做都是一個(gè)學(xué)習(xí)過程。我懷疑這一點(diǎn)在未來20年內(nèi)都不會(huì)改變?！?br />
弗吉尼亞理工大學(xué)弗吉尼亞住房研究中心主任安德魯·麥考伊（Andrew McCoy）參與了弗吉尼亞州的三棟Habitat住宅項(xiàng)目，此前他發(fā)表的一項(xiàng)研究顯示，該州需要27.5萬套新住宅，但每年只建造2萬套。

McCoy表示，市場狀況為3D打印提供了機(jī)會(huì)?！拔覀兲幱谝粋€(gè)獨(dú)特的位置，目前借錢的成本很高。我們很難找到勞動(dòng)力。當(dāng)我們找到時(shí)，我們必須培訓(xùn)他們并讓他們加快速度，”他說。“材料成本確實(shí)很高。從我們開始工作到讓客戶進(jìn)入大樓的時(shí)間長度已經(jīng)延長。所有這些都非常適合這樣的技術(shù)。”

McCoy指出，需要說服建筑行業(yè)改變一個(gè)多世紀(jì)以來建造房屋的方式。他不想向建筑公司提供混凝土打印機(jī)作為最終解決方案，而是想讓他們參與產(chǎn)品的開發(fā)，以滿足他們的需求?！八麄冎浪麄兪峭ㄟ^什么途徑來到這里的，”他解釋說。“到目前為止已經(jīng)很成功了——為什么要改變呢？所以，我們想進(jìn)去說，‘看，讓我們把這個(gè)放在你面前。你會(huì)如何使用它？你想如何使用它？’”

如果問支持者這一過程何時(shí)會(huì)得到廣泛應(yīng)用，答案是幾年，從2到20年不等。McCoy表示，與Lennar合作在德克薩斯州開展的Icon項(xiàng)目可以向建筑商展示這種方式。但他也不相信3D混凝土打印是未來。未來可能是一個(gè)組合，包括建筑部件的3D金屬和塑料打印，這也將節(jié)省時(shí)間和金錢，并且更容易獲得。

目前的技術(shù)——木結(jié)構(gòu)房屋——已經(jīng)發(fā)展了一個(gè)多世紀(jì)。McCoy說，給3D打印時(shí)間?！俺鲇谀撤N原因，我們希望這些東西開箱即用，立即為每個(gè)人賺錢，但事實(shí)并非如此，”他補(bǔ)充道。

Mighty Buildings制作的3D打印示范房屋，圖片來自：Mighty Buildings

Mighty Buildings是一家正在探索打印家居組件的公司，該公司獲得了勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室和仁人家園500萬美元的撥款，用于在舊金山灣區(qū)開發(fā)可持續(xù)且經(jīng)濟(jì)適用的住房。該公司還在加州的幾個(gè)社區(qū)建造凈零能耗住宅。該公司已籌集1.5億美元資金，提供一套3D打印墻板、門、窗和屋頂部件，可在四天內(nèi)組裝完畢。

“對開發(fā)商來說，一大好處是我們縮短了他們支付建筑貸款利息的時(shí)間，”該公司創(chuàng)始人之一阿列克謝·杜波夫（Alexey Dubov）表示。其過程還解決了氣候危機(jī)。Mighty Buildings的合成石材料使用回收玻璃，其建造的高度隔熱的房屋以及屋頂上的太陽能電池板意味著它們可以產(chǎn)生與使用一樣多的能源。

建筑用3D打印會(huì)獲得廣泛接受嗎？Mannheimer持謹(jǐn)慎樂觀的態(tài)度?！敖鉀Q住房問題有兩個(gè)答案。一是：公司應(yīng)該向員工支付更高的工資，以承受不斷上漲的成本，當(dāng)然，這是我們無法控制的，”他說?！盎蛘呶覀儽仨毥档土鞒讨胁牧系某杀?。或者最好兩者兼而有之。這是唯一的解決辦法。所以，我認(rèn)為3D打印將在未來幾年內(nèi)幫助我們實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。但我們還需要經(jīng)歷更多的嘗試和錯(cuò)誤?！?