专家估计，在未来30年内，约有60%的建筑尚未建成。这相当于在2050年前每周建造一座斯德哥尔摩那么大的城市。然而，建筑行业目前没有足够的人员或技能，以所需的速度交付我们所需的基础设施和住房。但如果我们能把一部分工作交给机器人呢?
进入3D混凝土打印-一种新兴技术，使用3D打印机创建各种结构，从桥梁和雕塑到房屋，甚至整个社区。这些巨型打印机的工作原理与台式打印机非常相似，但它们不使用墨水，而是挤出混凝土。一个巨大的机械臂将混凝土一层一层地堆积起来，就像一管牙膏一样，根据数字蓝图中的计划。
近年来，这种3D打印技术的应用引起了不小的轰动，在社交媒体上吸引了数百万人。以美国初创公司Alquist 3D的打印总监艾曼•侯赛因(Aiman Hussein)为例。他在TikTok上发布的3D混凝土打印机建造房屋的视频已经获得了数千万的观看次数，并为他赢得了6万多名粉丝。
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♬Tokyo Drift - Xavier Wulf
虽然机器人将一层又一层光滑的混凝土堆砌的过程可能会让一些人着迷，但围绕3D混凝土打印的真正嗡嗡声在于其使施工更快、更清洁、更环保的潜力。
构建更好的
建筑是地球上最古老的职业之一，对我们的日常生活至关重要:我们居住的房屋，我们旅行的基础设施，以及我们孩子学习的学校都是由它建造的。但是，该行业受到成本超支、长期效率低下和劳动力短缺的困扰。更重要的是，它具有巨大的环境影响-建筑环境占全球二氧化碳排放量的近40%，占欧盟产生的所有废物的三分之一。
埃因霍温理工大学(TU/e)结构工程教授罗布·沃尔夫斯告诉TNW:“如果我们要在未来几十年以可持续和经济有效的方式提供我们迫切需要的住房和基础设施，那么就需要做出重大改变。”
沃尔夫斯是全球最重要的3D混凝土打印专家之一。“这项技术可以帮助解决当今建筑行业面临的一些最大挑战，”当我们乘坐自动扶梯进入TU/e建筑环境部的地下室时，他说。
在一组木门后面，沿着狭窄的混凝土楼梯走下去，是该部门的研发实验室。闻起来像木屑，新鲜混凝土，还有潜力。这是测试和验证好主意的地方。它也是该大学自己的3D混凝土打印机的所在地。近十年来，打印机(遗憾的是它没有一个很酷的绰号)一直被用来完善和开发3D打印技术，并为我们今天看到的许多商业规模的项目奠定了知识基础。
3D打印提供了大规模定制的能力，以前使用传统方法过于具有挑战性或成本太高。想要创建一个定制的房屋设计或一个独特的建筑构件，甚至是一个复杂曲折和形状的人工珊瑚礁?3D打印提供了设计的自由。沃尔夫斯说:“你真的可以让每件事都独一无二，每件事都经过优化，为特定的应用量身定制。”
但至关重要的是，由于3D打印是一种“附加”过程，一层一层地构建产品，它可以只使用所需材料的确切数量来构建结构。大量研究表明，3D打印在建筑中可以减少30-60%的浪费。
这一过程的效率也意味着需要更少的混凝土:芬兰初创公司Hyperion Robotics声称其3D打印微型工厂可以减少75%的混凝土使用量。如果混凝土是一个国家，它将是二氧化碳的第三大排放国——所以我们越少使用它越好。
“机器人做艰苦的工作，所以你不必。
3D打印自动化了许多施工中涉及的艰巨任务，例如砌砖，减少了现场所需的人员数量。鉴于长期缺乏进入该行业的工人，许多人认为自动化和机器人是以所需的速度和规模提供我们所需基础设施的唯一解决方案。
“机器人不会抢走人们的工作，”沃尔夫斯说。“他们将从事肮脏、繁重的劳动，解放人们去做更安全、更熟练的工作。”
自动化也提高了速度和效率，一些3D打印公司声称他们可以在24小时内打印出整个房屋的结构。
因此，3D打印在建筑领域具有生产复杂设计、提高效率、减少浪费、提高可持续性和解决劳动力挑战的潜力。但它能实现吗?
成形
2021年，荷兰夫妇Elize Lutz和Harrie Dekkers，来自阿姆斯特丹的退休店主，成为欧洲第一批在埃因霍温建造3d打印房屋的居民。他们的新家，当时每月租金为1400欧元，是项目里程碑下的五座房子中的第一座，项目里程碑是TU/e，政府和建筑行业之间的合作努力，旨在验证和扩展3D建筑打印。这是他们新居的一些照片:
建筑公司Weber Beamix在其位于埃因霍温的工厂打印了巨石形状的房子，它由24个独立的混凝土元素组成。这些构件由卡车运送到建筑工地，用螺栓固定在一起并固定在地基上，然后添加屋顶和框架，最后进行最后的润饰——整个过程花了大约120个小时。合作伙伴的目标是使用一台巨大的打印机在现场建造接下来的四座房子。
多年来，Weber Beamix一直与TU/e密切合作，将其研究成果推向市场。到目前为止，这家法国建筑巨头圣戈班的子公司已经打印出了各种各样的结构:荷兰奈梅亨市一座30米长的桥，卡塔尔一座9米高的鸽子塔，以及埃因霍温的一个滑板公园。
但这只是沧海一粟。在过去的几年里，3d打印结构已经在整个展览中出现，一些非常雄心勃勃的项目正在进行中。
2021年，德国首个3d打印房屋在贝克姆镇亮相。2022年，同样位于德国的一栋两层公寓楼，由两名工作人员在短短72小时内完成了3d打印，现在住着五户人家。同年，法国3D打印初创公司XtreeE在兰斯市成功建造了五座社交住宅。
也许世界上最雄心勃勃的3d打印经济适用房项目是在英国的阿克灵顿小镇。这个价值600万英镑的宪章街项目由爱尔兰建筑公司Harcourt Technologies和当地社会住房供应商Building for Humanity共同开发，将为无家可归的退伍军人和低收入家庭提供46个生态住宅，每个生态住宅可以在几周内打印出来。该基地的全面规划许可已经获得，建设即将开始。
在撰写本文时，丹麦3D混凝土打印机制造商COBOD正在与人道主义基金会Team4UA合作，在乌克兰3D打印一所学校。自去年俄罗斯入侵乌克兰以来，已有2000多所学校遭到破坏或摧毁，人们希望3D混凝土打印能够加快重建工作。
但登上头条的不仅仅是3d打印建筑。3D混凝土打印机提供的设计自由意味着他们可以创造任何东西，从楼梯和保护性海堤，到化粪池，甚至是风力涡轮机的基础。
COBOD的首席执行官Henrik Lund-Nielsen表示，该技术可以在工业项目中实现“最大的经济效益”，而不是在住宅项目中，在工业项目中，钢筋混凝土占项目总成本的很大一部分。
这些应用程序也不仅仅局限于地球。2022年12月，美国宇航局授予美国初创公司ICON一份价值5700万美元的合同，开发3d打印技术，在月球表面建造道路、发射台和房屋，这是美国宇航局阿尔忒弥斯计划的一部分，该计划计划人类长期探索月球。ICON目前正在开发一种可以运送到月球的大型3D打印机，使用月球材料而不是混凝土来打印月球基地。
越来越多的大公司被其潜在的好处所吸引，正在进入3D建筑打印领域。COBOD自称是建筑行业最大的3D打印机供应商，得到了许多全球工业巨头的支持，其中包括通用电气(General Electric)，该公司最近建造了世界上最大的3D打印风力涡轮机混凝土基座的增材建筑设施。
然而，根据最近的一份报告，尽管迄今为止取得了令人印象深刻的进展，但目前全球只有130座完成的3d打印建筑。显然，3D打印在建筑领域正在发挥作用，尽管其真正的潜力并不那么具体。
在炒作之外
沃尔夫斯在接受TNW采访时表示:“大约10年前，当这项技术出现在人们面前时，人们认为未来我们会用3D打印一切东西，但事实并非如此。”
沃尔夫斯对3D打印发展的见解与高德纳的炒作周期一致，该周期概述了技术生命周期的五个不同阶段。
正如Wolfs所指出的，大约10年前，3D打印作为一个整体处于炒作阶段，或“膨胀预期的顶峰”。创业公司如雨后春笋般涌现，风投资本滚滚而来，3D打印机有望忙着制造出所有人想要或需要的工具、人体器官和汽车。
然后，在2015年左右，不可避免地进入了“幻想破灭的低谷”——技术出现了缺陷，早期采用者遇到了性能问题，投资回报率很低。
快进到今天，3D打印作为一个整体似乎再次上升，因为扭结得到解决，早期采用者开始看到回报，技术成熟。然而，3D打印的不同应用之间存在很大的差异，因为它们在高德纳的炒作周期中所处的位置。
“现在几乎所有的植牙都是3D打印的。这项技术现在已成为主流，因为它已被证明是制造这种产品的最佳方法。”“然而，在建筑方面，我们还没有做到这一点，甚至还差得远。”
“3D打印本身并不能解决住房危机。
最近关于3D建筑打印最大的话题可能是它解决住房危机的潜力。由于世界各国都面临住房短缺的问题，支持者认为“一天就能打印出来”的房子可能是解决方案。沃尔夫斯可不这么肯定。
他说:“3D打印本身并不能解决住房危机——这个问题太复杂了，不仅仅是一个技术问题。”“用3D打印取代所有传统的建筑方法也没有意义，但要找到3D打印真正有意义的应用。”
沃尔夫斯表示，有两个关键领域可以推动3D建筑打印走上“启蒙之路”:技术标准化和使其更具可持续性。
“我们必须想出方法来评估和保证我们印刷结构的质量，并朝着这项技术的标准化迈进。它的行动如此之快，以至于有可能阻碍自己的道路，”他说。
3d打印房屋的寿命会和传统房屋一样长吗?在发生火灾或自然灾害时，它的结构是否健全和安全?由于该技术的发展速度超过了广泛使用的代码和标准的更新速度，因此它给构建者留下了很少的答案。
在爱丁堡工业大学，研究人员正在进行小规模的强度和材料测试，以便在更大规模上进行验证，他们的想法是，最终的结果将被奉为欧洲规范等标准。目前，3D混凝土打印的先驱们只能寄希望于他们的设计能够通过为使用传统方法建造结构而制定的建筑规范。
然后是可持续性方面。虽然3D建筑打印减少了浪费，但它仍然严重依赖水泥。低排放水泥替代品(如注入石墨烯或由当地粘土制成的水泥)的规模将是确保3D打印能够满足其环保要求的关键。
这一切的关键在于反复试验。随着研究的进展，更多的项目破土动工，大公司进入这个行业，3D建筑打印巩固其在市场上的地位似乎只是时间问题。
印刷未来
尽管经历了长达十年的惯性，但建筑业的数字化转型现在正如火如荼地进行着，建筑信息模型(BIM)、数字双胞胎、无人机、机器人和区块链等技术帮助承包商更有效、更可持续地交付结构。
展望未来，沃尔夫斯预测，随着建筑朝着自动化和数字化水平的提高，3D打印将成为这个技术“工具箱”的一部分。
随着技术的不断发展，打印比以往任何时候都更大、更好、更强的机会将会出现。有一天，3D打印机甚至可以从同一个喷嘴打印多种材料，不仅可以建造混凝土墙，还可以建造钢框架、窗户和隔热材料。
还有一种可能性是，未来的结构将由不同尺寸的3D打印机器人“团队”来打印——一台大型打印机打印结构，多台较小的打印机打印门窗等元素，还有一群飞行的3D打印无人机来完成最后的修饰。
因此，建筑领域的3D打印与其说是一场革命，不如说是一种进化。无论哪种方式，未来的建筑在某种程度上都很可能是3D打印的。
