3个工人22天，3D打印8米两层小楼，这建筑安全吗？测试来了

探访3D打印

位于湖北省宜昌市的三峡大学，在上世纪90年代，曾因三峡工程而被全球媒体热议。近期，这所大学因为一座3D打印的二层小楼再次收获众多关注。自动播放

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只需3个工人，用时22天，就能用混凝土打印出8米高的双层小楼，这是如何做到的？背后有怎样的技术支持？3D打印的小楼是否安全？质检标准是什么？3D打印技术目前在医疗上有哪些新应用？本期《近观中国》特邀英国观察员大牛，来到湖北宜昌探访3D打印。

初探3D打印小楼内部

大牛身后的这座小楼，就是在网上被热议的3D打印二层小楼。小楼占地100平方米，项目负责人李洋波教授正在现场密切关注工程进展。

李教授告诉大牛，按照传统方式建造这样一座8米高的两层楼，一般需要5名工人，两个月的工期。现在用3D打印的方式，节省了近一半的人力和工期。同时，3D打印小楼的造价也不高，每平米约1000元左右，和不少农村自建房造价相当。

3D打印的房子内部长什么样？结构是否结实？带着好奇，大牛随李教授参观了小楼内部。

大牛看到打印的墙体上有断口部分，这难道是混凝土料没有调好吗？是否会影响楼体的结实程度呢？

李洋波（三峡大学水利与环境学院副教授）：“这是因为当时打印的料有点偏干，第一轮打印时，气温比较低，我们怕凝固得慢，所以料子调得偏干，它挤出来的时候，螺杆会带有一定间隙，但这个不影响它的强度。我们的墙体，整体笔直度还是非常好的。传统建房，需要建筑师傅用眼睛去看，去吊垂线。但我们打印机不需要任何这种测量，打印出来的就是它本身的垂直度，很精准。在打印过程中，第一天工人回去休息，第二天直接把喷嘴一装就可以继续打。我们现场只有3个工人，每天工作6小时，就回去休息了。”

小楼3D打印示意

这座小楼中，3D打印的是15根立柱外壳和墙体，水泥像牙膏一样被挤出来，一层层垒起。为了确保这座房子的整体承重，李教授团队选择将钢筋笼装进打印的承重柱空心部位中，再和地圈梁钢筋焊接在一起，形成一个整体。

李洋波：“三处墙面做了异形设计，这一面是波浪形的。我们就是要做一个尝试，看它打印出的效果怎么样。”

大牛：“这种异形的墙体，是3D打印技术的一个亮点吗？”

李洋波：“对！比如，传统我们要做成这种波浪的曲面型是很难的，需要先做模板，很费人工和时间。但3D打印就不需要模板，可以直接打印出我想要的任意形状。设计师也可以尽情发挥他的灵感。”

3D打印是不是一键操作？

这是小楼的打印效果图。小楼打印完成后，在李洋波的设想中，它将作为技术性实验室和研究生的工作室。

3D打印出异形结构的优势可以追溯到2013年，荷兰设计师以莫比乌斯环为灵感设计的全球第一座3D打印建筑“风景屋”。

2014年，10幢3D打印小洋楼在上海落成。此后，3D打印建筑一直是中国各大高校的科研项目。

2018年，李洋波副教授在三峡大学水利与环境学院任职，他接触到了3D打印技术，这座双层小楼是他的大成之作。7年时间里，李洋波为此历经无数次实验。

在现场，一位刚刚毕业的年轻工程师正在进行3D打印操作。据说上手很快，他只用了一天就学会如何操作。

3D打印究竟是不是“一键万事大吉”？大牛决定亲自上手试试。

接下来，大牛将根据这个模型打印一个小器具。

亲测开始，大牛只是点开机器，3D打印机就自己操作了起来。正当他感叹这堪比“傻瓜式”的操作时，意外突生，大牛即将打印成功的器具“倒下”了。

李洋波的学生杨浙解释这次失败，可能是因为打印材料含水量多了，无法匹配这样快的打印速度，如果打印过程中用吹风机辅助的话，可能结果就会不同。

在正式打印小楼之前，李洋波团队都会利用这套小型打印机提前规划好打印的路径、测试打印的速度。

李洋波：“我们要特别注意挤料的速度和打印速度要匹配。不同的料之间怎么去达到恒定，这都要前期来调整参数。我们要打印一个模型需要调试很多次，甚至可能会达到上百次。”

更新换代的打印机

3D打印建筑有两种方式，一种是在工厂打印构建再到现场拼装，另一种就是原位打印。李洋波认为原位打印有绝对优势。

李洋波：“原位打印时，柱子、楼板、梁和墙体是一体化打的，所以它是一个整体式的结构。就像特斯拉的电动车一样，它的框是一体冲压的，所以它的抗冲击、抗震性能好。如果是拼接的，衔接部分可能出现应力集中现象。”

打印这所小楼的3D打印机就在小楼旁边，跨度12米，犹如一个龙门架。李教授告诉大牛，这台3D打印机的喷嘴，两次走到同一位置的偏差，不超过0.1毫米，打印的形状偏差不超过2毫米。

这是李教授团队历时三年研发的第三代打印机。前两代打印机已经被淘汰、拆卸，就横卧在小楼的一旁。它们究竟是怎么造出来的？更新换代后的优势是什么？

李洋波：“第一代打印机的框架是铝合金的，我们也打了两栋小房子，但是打印过程中发现，这个架子容易晃动、移位。所以第二代，我们就把铝合金的材料换成方钢的。”

由于是人工焊出来的，第二代打印机的导轨在对接和走直线的时候，都不够直。稍微一卡顿，就会造成混凝土料堵塞管道。

李洋波：“第三代是龙门式的，跟前面两个框架式的比起来，结构形式更简单，加工起来更省料。导轨和齿轮、齿条，都是经过大型数控机床整体测出来的，所以就不存在卡顿问题了。”

3D打印小楼安全吗？

3D打印已经发展多年，但3D打印建筑却很少出现在我们的生活中，这是为什么？

李洋波：“国家对于3D打印房子还没有现行标准，那普通老百姓对3D打印房子是不是安全，就要打一个问号，大家目前都还是处于一个观望的状态。比如，去年年底，我们本地的一个公园管理方已经谈好用我们的3D打印来做，但建设主管部门因为以前没有用原位打印来做建筑的先例，没有办法验收、证明这样一个房子它是安全的，最后，主管部门直接把它否掉了。所以，我们后来就下定决心要把我们自己的小楼打印出来，亲自去验证。”

李洋波的团队进行了漫长的安全性测试，去检测3D打印的混凝土材质能否过关。

大牛：“我们怎么测这个混凝土的抗压性？”

李洋波：“这是个标准试块。首先要做好这个试块，然后养护到它的设计龄期28天。比方，我们混凝土的设计强度是C30的，那它28天的抗压强度应该要达到30兆帕。”

C30混凝土要求的28天养护期，以进行强度标准检测的时间，虽然时间尚未来到，但是小楼封顶在即，在15天工业龄期时，第三方检测公司前来实地进行回弹法测强度检测，大牛现场见证了这次检测。

这也是第三方公司第一次检测3D打印的楼体，此次检测主要按照传统建筑的常规测试来进行。

比如，混凝土碳化测试，看混凝土表面有没有被二氧化碳碳化的情况。

测试人员：“现在用的是酚酞酒精溶液，墙面变颜色就证明是好的，说明没有被碳化。”

测试人员：“这个仪器里面有个弹击杆，它通过弹击杆对混凝土表面进行一个撞击，之后根据它的软件计算出一个实际的龄期强度值。我们现在输入的是10个测区，我们要把这10个测区全部测完。”

大牛迫不及待地想知道测试结果～结果显示，小楼在15天工业龄期时，强度推进值达到了23.4兆帕。这似乎和之前说的30兆帕还有一定的差距。

李洋波：“虽然现场检测的时候，我们只有23.4兆帕的压应力。但是它这个混凝土的龄期是15天，根据混凝土的强度增长规律，它在28天的时候，完全可以达到30兆帕压应。”

4月3日，李洋波和他的团队终于为小楼正式封顶。但李教授告诉大牛，他还有很长的路要走，因为未来，他希望可以用3D打印去建一座大坝......

小到玩具、球鞋、食物，大到汽车、飞机、火箭，3D打印让创意从图纸变为现实。现在，它也被运用于医疗中，大牛看到了哪些3D打印医学新发展？未来会有哪些患者福音，是3D打印将带来的？更多精彩内容，敬请关注本期《近观中国》节目～

制片人：张小玲

编导：沈洁

编辑：于二丫