苏黎世联邦理工学院的研究人员开发了一种名为冲击打印的建筑方法,因其使用基于地球的材料而非水泥,因此具有可持续性。

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冲击打印技术通过高速沉积少量特制的泥土混合物,快速构建墙壁和结构。一个定制的机器人工具以每秒高达10米的速度挤出并射出材料,层层叠加。每次材料撞击下层时,都能强力粘合,无需额外的粘合剂或干燥时间。

“我们开发了一个机器人工具和方法,可以将施工现场挖掘的普通材料转化为可再次使用的建筑产品,成本低、效率高,与现有的工业化建筑方法,包括3D打印相比,显著减少了二氧化碳排放。”苏黎世联邦理工学院的项目负责人劳伦·瓦西博士在接受Ars Technica采访时表示。

冲击打印使用的泥土混合物主要由当地材料组成,如挖掘的土壤、淤泥和粘土,这些材料通常可以直接从建筑工地获得。目前,只需要大约1-2%的矿物稳定剂,远少于传统混凝土中的水泥含量。

混凝土3D打印相比,冲击打印的一个关键优势是它不需要在层与层之间暂停以等待材料固化,从而允许更快的建筑速度。该过程还具有高度的可定制性,能够生产自由形式的设计和复杂的几何形状。

更重要的是,3D打印在建筑领域的应用并不总是环保的。通常,3D打印会使用水泥作为主要成分,而水泥是全球碳排放的一个主要来源,对全球二氧化碳排放量贡献巨大。

另外,3D打印建筑时使用的添加剂可能会在建筑寿命终结时带来问题。这些化学物质常常使得建筑拆除后的材料难以回收利用。

研究团队已经利用冲击打印技术成功建造了高达2米(约6.5英尺)的墙体和柱子。这些结构在不依赖水泥等化学添加剂的情况下,也能承受相当大的负荷。目前,团队正在探索整合加固技术,以扩展可建造结构的类型和规模。

研究人员设想,冲击打印技术不仅能用于工厂内的预制构件,还能直接在现场施工中应用。他们已经将这一技术与自动化建筑机械进行了适配,包括苏黎世联邦理工学院机器人系统实验室研发的定制挖掘机HEAP。

研究团队的长远目标是优化材料配方,减少对添加剂的依赖,实现整个建造过程的环保循环。这意味着,用冲击打印技术建造的结构在未来拆除时,其材料可以被回收并用于新的建筑项目。

冲击打印技术因其创新性已获得业界认可,曾在2023年荣获3D先锋挑战赛建筑类别的奖项。目前,苏黎世联邦理工学院的研究团队正致力于将这项技术推向市场,并计划在接下来的一年内建立一个预制构件工厂。他们预计,采用冲击打印技术制造的建筑产品有望在未来三年内上市。