前沿科技之打印機(jī)造大樓

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在傳統(tǒng)建筑中，工人們用大批量生產(chǎn)的預(yù)制磚、工字鋼、混凝土圓柱和玻璃來建造樓房。奈里·奧克斯曼(Neri Oxman)是麻省理工媒體實驗室（MIT's Media Lab）的建筑師和教授，她打算把這些建筑材料打印出來――用水泥、高分子材料及其他材料來代替油墨。奧克斯曼正在研發(fā)一種設(shè)計大樓的新方法，這種新方法利用了印刷術(shù)的靈活性。如果她成功了，那么她的策略會使當(dāng)前建造方法尚無法達(dá)成的設(shè)計得以實現(xiàn)。
$ m# _" Y$ g' M1 f# I/ a+ M: P現(xiàn)有的3D打印機(jī)也叫做快速成型機(jī)（rapid prototyping machines），它將結(jié)構(gòu)分層加工。目前，這些機(jī)器主要用于根據(jù)電腦設(shè)計制作精確的塑料模型。但隨著打印機(jī)的進(jìn)步及其能夠使用越來越多的包括金屬在內(nèi)的耐用材料，它們已經(jīng)成為一個有潛力又有趣的產(chǎn)品制造方式。
, l( j$ X7 c9 `" a% q$ @% e奧克斯曼正致力于拓展這些機(jī)器的功能——比如，使它在打印時能夠改變聚合物的彈力或混凝土的多孔性——并且將打印頭安裝在靈活、比打印機(jī)擁有更多活動空間的機(jī)器手臂上。
; Y# ]" z9 n  {% i$ k0 \) {: y6 `5 P她也從大自然中吸取靈感，來研發(fā)新的可利用這些功能的設(shè)計策略。舉例來說，根據(jù)承重的不同，一根棕櫚樹干中木材的密度是有變化的。密度最大的材質(zhì)在外圍，那里的彎曲應(yīng)力最大，而中心則承重較輕、較多孔。奧克斯曼計算出可以這樣制造混凝土圓柱，即中心使用密度較小的水泥。這可將水泥用量減少10％，對建筑工程而言這是一筆可觀的節(jié)約。
奧克斯曼正在研發(fā)一種軟件來實現(xiàn)她的設(shè)計策略。她將結(jié)構(gòu)上的物理壓力以及諸如尺寸、整體形狀等設(shè)計限制，還有需要光照的大樓特定區(qū)域等數(shù)據(jù)輸入進(jìn)去。根據(jù)這些信息，軟件利用算法來詳細(xì)說明結(jié)構(gòu)中使用的材料性質(zhì)需要進(jìn)行怎樣的改變。接著她便打印（制作）出根據(jù)這些細(xì)節(jié)而生成的小模型。
3 z' Q: e3 u3 F% a. U5 Y$ T) O她的早期成果非常出色而有趣，以至于在紐約的現(xiàn)代藝術(shù)博物館和波士頓的科學(xué)博物館都展出過。一個她稱之為“野獸”(Beast)的作品，是一把根據(jù)人體（她自己的身體）及其預(yù)計的壓力分布設(shè)計而成的椅子。3D結(jié)果模型模擬了一個復(fù)雜的細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)和樹枝狀結(jié)構(gòu)，包括一個用于釋放壓力的柔軟部位和需要支撐的堅硬部位。
這項研究還處在早期階段，但這種建筑與設(shè)計的新策略暗示了許多新的可能性。比如，根據(jù)在大風(fēng)或地震中將要承受的壓力制作出詳細(xì)的結(jié)構(gòu)模型，一面承重墻就可以被打印出來。
  A" d& \6 o! T5 O8 Y這種模型也可說明建筑對樓內(nèi)光照的需求。有些區(qū)域會有堅硬、厚實的水泥，但在低承重區(qū)域，水泥可以非常透氣、透光，在作為一個屏障的同時還能節(jié)省材料和減輕結(jié)構(gòu)重量。在不承重區(qū)域，也可以制造出非常透氣、透光的水泥，或是將水泥逐漸與透明材料混合在一起。這些設(shè)計可通過增加室內(nèi)光照、減少人工照明來節(jié)約能源。最終，它將能夠同時打印出高效能的隔音和通風(fēng)設(shè)備。建筑的結(jié)構(gòu)可以很復(fù)雜，因為打印出詳細(xì)模型和簡單模型的成本差不多。


+ D( H, {5 h/ g- O6 ^+ J 輕薄的承重材料：兩塊水泥塑件說明了在一個結(jié)構(gòu)中透氣性將如何被改變。模擬了棕櫚樹交叉部分的圓柱體外圍密度很大，中心則是多孔的。
來源：史蒂芬•基廷（Steven Keating）、 蒂莫西•庫克（ Timothy Cooke）

更多的研究者正在研發(fā)可打印出墻體以及其他大型結(jié)構(gòu)的技術(shù)。南加州大學(xué)的工業(yè)與系統(tǒng)工程及環(huán)境工程的教授比洛克•霍什內(nèi)維斯（Behrokh Khoshnevis）已經(jīng)建立起一個無需容器便可澆注水泥墻的系統(tǒng)。奧克斯曼的工作將更進(jìn)一步，增加改變水泥性能的功能，并最終加工多種材料。
奧克斯曼的策略將在消費產(chǎn)品與醫(yī)學(xué)器材方面投入較小規(guī)模的首批應(yīng)用。她運用這個原理設(shè)計并制作了用于腕管綜合癥（carpal tunnel syndrome）的護(hù)腕。這批護(hù)腕針對不同病人的痛感量身定制。這個方法也可提升義肢的水平。
- T/ @1 r$ `9 h5 X35歲的奧克斯曼正與一批專業(yè)人士研發(fā)她的技術(shù)，其中包括麻省理工學(xué)院的材料科學(xué)教授克雷格·卡特（Craig Carter）。盡管他表示，奧克斯曼的方法面臨控制材料性能方面的挑戰(zhàn)，但其想法給他留下了深刻印象?！昂翢o疑問，研究成果將會驚人地出色。”
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MechanicsD

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zhouyou0625

3D打印機(jī)很不錯的,那天在公司看到,看到旁邊的實物,覺得真的太高端了.

wjkvvv

立體的打印機(jī)，太厲害了。

八風(fēng)不動

7年了