从桥梁到壳形演出舞台，3D打印进入建筑业的美梦已经成真
不久之前，建筑业的3D打印只有少数爱好者在探讨，而且仅限于设计竞赛的领域。但那种情况已经一去不复返了。
比如，在6月份的时候，埃因霍温科技大学（Eindhoven University of Technology）宣布了“里程碑项目”。这是一项用3D打印的方法构建由 Houben ＆ Van Mierlo Architecten 设计的一系列方尖碑形状的混凝土房屋的计划。该大学把这个项目誉为“世界上第一个基于3D打印的商业住宅项目。”建房只是市场的一个方面，根据一家行业报告的预测，这个市场将从2017年的7000万美元增长到2027年的400亿美元。
建筑行业已转向3D打印以实现复杂形状的构建，可完成在危险或偏远地区的建筑作业，还能减少材料浪费和现场施工的成本，好处之多，不胜枚举。随着3D打印软件和设备的改进，无论是传统意义上的建筑公司还是初创企业，它们都认识到3D打印有着为真实世界进行制造的潜力。下边是一些震撼整个行业的例子。
案例1：桥梁
很长一段时间以来，3D打印项目的大小受到打印机尺寸的限制。但荷兰公司 MX3D（口号：“我们说机器人的语言”）使用六轴工业机器人、专有软件和存储着用很细的熔融钢丝制成的不锈钢的焊接机器，建造出了一条长达40英尺（12米）跨越 Oudezijds Achterburgwal 运河的智能型人行天桥。这座运河是在1367年挖成的，是阿姆斯特丹最古老的运河之一。
这座桥是由 Joris Laarman 实验室与 Arup 合作设计的，得到了欧特克、阿塞洛米塔尔钢铁集团（ArcelorMittal）、Heijmans、联想（Lenovo）和其他合作伙伴的支持，目前正在伦敦帝国理工学院进行结构验证测试。“对这种新颖和实验性桥梁进行验证需要一种全新的方法，”MX3D 的联合创始人兼前首席技术官 Tim Geurtjens 介绍说，“现代的常用方法采用数字方式来做所有的事情。你完成一种设计，然后使用软件包对它进行测试，然后再根据有关法规在上边盖上印章。但是打印形式的材料属性还有不少的未知数。”MX3D 正在努力对物理模型在不同点位（如扶手）的负载能力进行测试，以便能够进行精确的调整。
这座桥梁将于10月份在荷兰设计周展出，如果一切按计划进行，将于2019年在阿姆斯特丹安装。由阿兰图灵研究所（Alan Turing Institute）开发的桥上传感器网络将收集实时应变、振动、位移和环境方面的数据。阿姆斯特丹大都会解决方案研究所（The Amsterdam Institute for Metropolitan Solutions）将把这些数据与该市的智能基础设施网格连接起来。但是，Geurtjens 说，“3D打印不仅仅关乎效率，我们认为，生活的乐趣和审美的愉悦也是非常重要的。我们这样做不仅仅是为了商业，而且还因为它有这种制作出你想要的东西的可能性。”
案例2：民宅
对于3D打印的房屋，建筑公司争先恐后地将自己冠以形容性词汇的最高级形式：规模最大、建造得最快、最便宜、最节省材料。这种设计正在从全球各个角落涌现出来，例如俄罗斯的 Apis Cor 公司建造出了斯巴达式混凝土房屋，而且该公司还声称，他们建造这个房屋只用了24小时，花费也只有1万美元；中国一家名字叫“盈创”（Winsun）的公司用一台巨大的废品回收打印机制造出了一座五层公寓楼。
最令人感兴趣的项目之一是由18个合作伙伴正在建造的“YRYS 概念房屋”。这些合作伙伴包括法国的建筑公司 Maisons France Confort 和大型3D打印机公司 XtreeE。XtreeE 使用注塑成型来压制快速固化的混凝土层，创造出了一个穿孔墙体和四个支撑上层房间的结构柱。
XtreeE 的联合创始人 Jean-Daniel Kuhn 指出，法国的建筑史很大程度上是由混凝土来定义的：现代建筑大师勒·柯布西耶的首选材料是 bétonbrut（法语的“生混凝土”），是粗野派建筑的基础。但是 XtreeE 的管理原则之一就是要大幅度地减少混凝土的消耗。“这个世界就是用混凝土建造的，” Kuhn 说，“作为混凝土关键成分的水泥在生产时要排放出全球二氧化碳排放量的8％。混凝土虽说是一种很棒的材料，但我们很想看看我们到底是否能够以更好的方式来使用它：只有从结构的角度看确实有必要时才会使用。”
案例3：人造珊瑚礁
XtreeE 还在生产被誉为“世界上第一个3D打印的混凝土人造礁石”。XtreeE 与海洋工程公司 Seaboost 合作，设计并制造了一个多孔混凝土系统，以恢复离法国南部海岸不远的地中海蔚蓝海岸国家公园（Calanques National Park）内一处已经消失的生态栖息地。
Kuhn 说，3D打印出的人工礁石的不规则隧道形状已被建模；这是为了鼓励鱼类、藻类、软体动物和珊瑚种群的回归；这些物种的数量在20世纪70年代和80年代由于马赛市的污水排放而开始下降。“礁石”复制了原始石灰岩基质的口袋和洞穴，为易危物种提供了保护，使其免受捕食生物的侵害。
虽然 Kuhn 说3D打印对于许多用途来讲造价不菲，但他认为这种情况正在发生变化，因为政府的政策开始推动市场的转变 — 例如阿拉伯联合酋长国在2030年前将所有新建筑的25％交付3D打印的项目以及英国的“国家增材制造战略”。“我认为3D打印正在发生的变革与 BIM（建筑信息模型）发生的变革有些相似，”库恩说，“它对节约材料的影响如此巨大，以至于各国政府开始说，‘从环境的角度来看，这样做还是有意义的。’”
案例4：亭台和壳形演出舞台
通过一个称为蜂窝制造（C-Fab）的过程，位于田纳西州的展臂技术公司（Branch Technology）可以将建筑软件模型从几乎任何平台（欧特克的 AutoCAD、Revit 以及 Maya）转换为自由形式的网格结构。然后，这些中空结构由算法控制的机器人打印并用作模架，然后将传统建筑材料填充进去。“这跟我们人类是由细胞组成的道理是相似的，”展臂技术公司创始人兼首席执行官 Platt Boyd 说道，“3D打印组件就像细胞的外部边界一样。其力量是由填充材料生成的，就像血液和水。”
据报道，该公司于2018年6月为位于那什维尔为的 OneC1TY 推出了世界上最大的3D打印结构，一个直径为42英尺（约13米）、高度为20英尺（约6米）的壳形演出舞台。这个结构是受休斯敦开发商剑桥公司委托并与 CORE Studio 的 Thornton Tomasetti 合作进行设计和制造的。这一轻质碳纤维结构符合纳什维尔对建筑的规定 — 必须能够承受一英寸（约2.5厘米）积冰、10-12英寸（约25-30厘米）积雪和每小时90英里（145公里）风力的负荷。
虽然初步分析表明这种大跨度需要钢结构支撑，但随后的研究表明，除地基之外，曲线性几何设计有可能不需要使用钢材。这意味着该项目有可能保持在预算范围内 — 其成本大约是同类钢结构成本的一半。
“我是一名建筑师，我们常常被迫制作饼干切刀状的盒子，”Boyd 说，“参数化建筑能做出一些非常有趣的事情，但它只限于效果图或‘明星建筑师’做的每平方英尺（约0.1平方米）要花费800到1500美元的项目。我很高兴能够将这些创意设计纳入正常的建筑预算之内。”