探訪3D打印
位于湖北省宜昌市的三峽大學，在上世紀90年代，曾因三峽工程而被全球媒體熱議。近期，這所大學因為一座3D打印的二層小樓再次收獲眾多關注。自動播放
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只需3個工人，用時22天，就能用混凝土打印出8米高的雙層小樓，這是如何做到的？背后有怎樣的技術支持？3D打印的小樓是否安全？質檢標準是什么？3D打印技術目前在醫療上有哪些新應用？本期《近觀中國》特邀英國觀察員大牛，來到湖北宜昌探訪3D打印。
初探3D打印小樓內部
大牛身后的這座小樓，就是在網上被熱議的3D打印二層小樓。小樓占地100平方米，項目負責人李洋波教授正在現場密切關注工程進展。
李教授告訴大牛，按照傳統方式建造這樣一座8米高的兩層樓，一般需要5名工人，兩個月的工期。現在用3D打印的方式，節省了近一半的人力和工期。同時，3D打印小樓的造價也不高，每平米約1000元左右，和不少農村自建房造價相當。
3D打印的房子內部長什么樣？結構是否結實？帶著好奇，大牛隨李教授參觀了小樓內部。
大牛看到打印的墻體上有斷口部分，這難道是混凝土料沒有調好嗎？是否會影響樓體的結實程度呢？
李洋波（三峽大學水利與環境學院副教授）：“這是因為當時打印的料有點偏干，第一輪打印時，氣溫比較低，我們怕凝固得慢，所以料子調得偏干，它擠出來的時候，螺桿會帶有一定間隙，但這個不影響它的強度。我們的墻體，整體筆直度還是非常好的。傳統建房，需要建筑師傅用眼睛去看，去吊垂線。但我們打印機不需要任何這種測量，打印出來的就是它本身的垂直度，很精準。在打印過程中，第一天工人回去休息，第二天直接把噴嘴一裝就可以繼續打。我們現場只有3個工人，每天工作6小時，就回去休息了。”
小樓3D打印示意
這座小樓中，3D打印的是15根立柱外殼和墻體，水泥像牙膏一樣被擠出來，一層層壘起。為了確保這座房子的整體承重，李教授團隊選擇將鋼筋籠裝進打印的承重柱空心部位中，再和地圈梁鋼筋焊接在一起，形成一個整體。
李洋波：“三處墻面做了異形設計，這一面是波浪形的。我們就是要做一個嘗試，看它打印出的效果怎么樣。”
大牛：“這種異形的墻體，是3D打印技術的一個亮點嗎？”
李洋波：“對！比如，傳統我們要做成這種波浪的曲面型是很難的，需要先做模板，很費人工和時間。但3D打印就不需要模板，可以直接打印出我想要的任意形狀。設計師也可以盡情發揮他的靈感。”
3D打印是不是一鍵操作？
這是小樓的打印效果圖。小樓打印完成后，在李洋波的設想中，它將作為技術性實驗室和研究生的工作室。
3D打印出異形結構的優勢可以追溯到2013年，荷蘭設計師以莫比烏斯環為靈感設計的全球第一座3D打印建筑“風景屋”。
2014年，10幢3D打印小洋樓在上海落成。此后，3D打印建筑一直是中國各大高校的科研項目。
2018年，李洋波副教授在三峽大學水利與環境學院任職，他接觸到了3D打印技術，這座雙層小樓是他的大成之作。7年時間里，李洋波為此歷經無數次實驗。
在現場，一位剛剛畢業的年輕工程師正在進行3D打印操作。據說上手很快，他只用了一天就學會如何操作。
3D打印究竟是不是“一鍵萬事大吉”？大牛決定親自上手試試。
接下來，大牛將根據這個模型打印一個小器具。
親測開始，大牛只是點開機器，3D打印機就自己操作了起來。正當他感嘆這堪比“傻瓜式”的操作時，意外突生，大牛即將打印成功的器具“倒下”了。
李洋波的學生楊浙解釋這次失敗，可能是因為打印材料含水量多了，無法匹配這樣快的打印速度，如果打印過程中用吹風機輔助的話，可能結果就會不同。
在正式打印小樓之前，李洋波團隊都會利用這套小型打印機提前規劃好打印的路徑、測試打印的速度。
李洋波：“我們要特別注意擠料的速度和打印速度要匹配。不同的料之間怎么去達到恒定，這都要前期來調整參數。我們要打印一個模型需要調試很多次，甚至可能會達到上百次。”
更新換代的打印機
3D打印建筑有兩種方式，一種是在工廠打印構建再到現場拼裝，另一種就是原位打印。李洋波認為原位打印有絕對優勢。
李洋波：“原位打印時，柱子、樓板、梁和墻體是一體化打的，所以它是一個整體式的結構。就像特斯拉的電動車一樣，它的框是一體沖壓的，所以它的抗沖擊、抗震性能好。如果是拼接的，銜接部分可能出現應力集中現象。”
打印這所小樓的3D打印機就在小樓旁邊，跨度12米，猶如一個龍門架。李教授告訴大牛，這臺3D打印機的噴嘴，兩次走到同一位置的偏差，不超過0.1毫米，打印的形狀偏差不超過2毫米。
這是李教授團隊歷時三年研發的第三代打印機。前兩代打印機已經被淘汰、拆卸，就橫臥在小樓的一旁。它們究竟是怎么造出來的？更新換代后的優勢是什么？
李洋波：“第一代打印機的框架是鋁合金的，我們也打了兩棟小房子，但是打印過程中發現，這個架子容易晃動、移位。所以第二代，我們就把鋁合金的材料換成方鋼的。”
由于是人工焊出來的，第二代打印機的導軌在對接和走直線的時候，都不夠直。稍微一卡頓，就會造成混凝土料堵塞管道。
李洋波：“第三代是龍門式的，跟前面兩個框架式的比起來，結構形式更簡單，加工起來更省料。導軌和齒輪、齒條，都是經過大型數控機床整體測出來的，所以就不存在卡頓問題了。”
3D打印小樓安全嗎？
3D打印已經發展多年，但3D打印建筑卻很少出現在我們的生活中，這是為什么？
李洋波：“國家對于3D打印房子還沒有現行標準，那普通老百姓對3D打印房子是不是安全，就要打一個問號，大家目前都還是處于一個觀望的狀態。比如，去年年底，我們本地的一個公園管理方已經談好用我們的3D打印來做，但建設主管部門因為以前沒有用原位打印來做建筑的先例，沒有辦法驗收、證明這樣一個房子它是安全的，最后，主管部門直接把它否掉了。所以，我們后來就下定決心要把我們自己的小樓打印出來，親自去驗證。”
李洋波的團隊進行了漫長的安全性測試，去檢測3D打印的混凝土材質能否過關。
大牛：“我們怎么測這個混凝土的抗壓性？”
李洋波：“這是個標準試塊。首先要做好這個試塊，然后養護到它的設計齡期28天。比方，我們混凝土的設計強度是C30的，那它28天的抗壓強度應該要達到30兆帕。”
C30混凝土要求的28天養護期，以進行強度標準檢測的時間，雖然時間尚未來到，但是小樓封頂在即，在15天工業齡期時，第三方檢測公司前來實地進行回彈法測強度檢測，大牛現場見證了這次檢測。
這也是第三方公司第一次檢測3D打印的樓體，此次檢測主要按照傳統建筑的常規測試來進行。
比如，混凝土碳化測試，看混凝土表面有沒有被二氧化碳碳化的情況。
測試人員：“現在用的是酚酞酒精溶液，墻面變顏色就證明是好的，說明沒有被碳化。”
測試人員：“這個儀器里面有個彈擊桿，它通過彈擊桿對混凝土表面進行一個撞擊，之后根據它的軟件計算出一個實際的齡期強度值。我們現在輸入的是10個測區，我們要把這10個測區全部測完。”
大牛迫不及待地想知道測試結果～結果顯示，小樓在15天工業齡期時，強度推進值達到了23.4兆帕。這似乎和之前說的30兆帕還有一定的差距。
李洋波：“雖然現場檢測的時候，我們只有23.4兆帕的壓應力。但是它這個混凝土的齡期是15天，根據混凝土的強度增長規律，它在28天的時候，完全可以達到30兆帕壓應。”
4月3日，李洋波和他的團隊終于為小樓正式封頂。但李教授告訴大牛，他還有很長的路要走，因為未來，他希望可以用3D打印去建一座大壩......
小到玩具、球鞋、食物，大到汽車、飛機、火箭，3D打印讓創意從圖紙變為現實。現在，它也被運用于醫療中，大牛看到了哪些3D打印醫學新發展？未來會有哪些患者福音，是3D打印將帶來的？更多精彩內容，敬請關注本期《近觀中國》節目～
制片人：張小玲
編導：沈潔
編輯：于二丫
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