緬因大學(xué)推出全生物基材料制成的3D 打印房屋BioHome3D,，以應(yīng)對(duì)住房危機(jī)

如今的增材建筑 (AC) 領(lǐng)域正在蓬勃發(fā)展,，3D 打印房屋正成為其中的典型代表。2022年11月23日,，南極熊獲悉,，來(lái)自緬因大學(xué)（UMaine）先進(jìn)結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料中心 (ASCC)推出了一款名為 BioHome3D的3D 打印房屋，它被描述為“第一座完全由生物基材料制成的 3D 打印房屋”,。

3D打印房屋——BioHome

據(jù)悉,，UMaine推出的這款BioHome原型住宅面積為 600 平方英尺，擁有 3D 打印的地板,、墻壁和由木纖維和生物樹脂制成的屋頂,。不僅如此，它還具有 100% 的木質(zhì)絕緣材料和可定制的 R 值,。也就是說(shuō),，可以定制對(duì)傳導(dǎo)熱流的阻力。據(jù)該團(tuán)隊(duì)稱,，這座房子是完全可回收的,，由于打印過(guò)程的精確性，建筑垃圾幾乎完全被消除了,。

這座房屋是使用當(dāng)?shù)氐哪纠w維原料與NatureWorks公司的木纖維-PLA復(fù)合材料在場(chǎng)外空地制作的,，該公司由美國(guó)最大的私營(yíng)公司嘉吉公司和泰國(guó)國(guó)有石油和天然氣企業(yè)PTT公共有限公司共同擁有。建筑團(tuán)隊(duì)將房屋 3D 打印為四個(gè)模塊,，然后在半天內(nèi)在現(xiàn)場(chǎng)組裝,。家里只用了兩個(gè)小時(shí)就通電，而且只需要一名電工,。該結(jié)構(gòu)位于 ASCC 外的地基上,，配備了傳感器，可在房屋抵御緬因州冬季時(shí)跟蹤房屋的環(huán)境,、熱量和結(jié)構(gòu)信息,。

BioHome3D 作為“第一個(gè)”由生物基材料制成的 3D 打印房屋的標(biāo)簽似乎有些站不住腳，因?yàn)樵?2019 年，WASP 3D 打印了一座名為GAIA的小房子,，它是由土壤和農(nóng)業(yè)廢料制成的,。緊隨其后的是意大利的TECLA 之家和迪拜的DIOR 商店，同樣采用當(dāng)?shù)夭少?gòu)的天然材料制成,。

為了澄清這一點(diǎn),，BioHome3D 團(tuán)隊(duì)解釋道：“我們對(duì) 100% 生物基材料的定義是那些來(lái)自生物體的原材料 ，例如木材,、農(nóng)作物（如玉米,、大麻）或藻類。WASP 項(xiàng)目使用了從現(xiàn)場(chǎng)附近獲得的當(dāng)?shù)厣匙?土壤,，這些沙子/土壤不是生物基材料,。雖然在當(dāng)?shù)匕l(fā)現(xiàn)，但這些主要是礦物質(zhì),。雖然它們很豐富,，但它們要么是生物基的，要么是可再生的,�,！�

有趣的是，像 PLA 這樣的生物聚合物傳統(tǒng)上無(wú)法在工業(yè)堆肥設(shè)施外降解,。它也不能在不損失其某些機(jī)械性能的情況下回收,。相比之下，生土可以重新融入自然環(huán)境,，也可以無(wú)限期地作為建筑材料重復(fù)使用,。盡管如此,，BioHome3D 是一個(gè)獨(dú)特的增材建筑案例。

ASCC 執(zhí)行董事 HabibDagher 博士說(shuō)：“許多技術(shù)正在開發(fā)用于 3D 打印房屋,，但與 BioHome3D 不同的是，大多數(shù)技術(shù)是使用混凝土打印的,。然而,，只有混凝土墻是在傳統(tǒng)鑄造的混凝土基礎(chǔ)上打印的,。傳統(tǒng)的木質(zhì)框架或木質(zhì)桁架被用來(lái)完成屋頂,。與現(xiàn)有技術(shù)不同,，整個(gè) BioHome3D 都是打印出來(lái)的，包括地板,、墻壁和屋頂。使用的生物材料是 100% 可回收的,，因此我們的后代可以完全回收 BioHome3D�,！�

Umaine 和橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL) 在美國(guó)能源部的 Hub and Spoke 計(jì)劃的資助下開發(fā),，與 MaineHousing 和緬因州技術(shù)學(xué)院合作實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo),。ORNL 之前曾在 2015 年使用辛辛那提公司的大面積增材制造系統(tǒng)的變體來(lái)3D 打印房屋。該項(xiàng)目是使用ORNL 與 Umaine 和Ingersoll 開發(fā)的MasterPrint聚合物 3D 打印機(jī)制作的,。它以 2019 年的船體 3D 打印而聞名,，當(dāng)時(shí)是世界上最大的 3D 打印船和實(shí)體物體。

△緬因州州長(zhǎng)珍妮特·米爾斯 (Janet Mills) 出席了住宅揭幕儀式,；美國(guó)參議員蘇珊·柯林斯；美國(guó)能源部能源效率和可再生能源高級(jí)顧問(wèn) Jeff Marootian,；美國(guó)能源部能源效率和可再生能源辦公室代理參謀長(zhǎng) Rebecca Isacowitz,；美國(guó)能源部代理先進(jìn)制造辦公室主任 Steve McKnight,；ORNL 能源科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室副主任 Xin Sun。

增材制造與住房危機(jī)

與許多 3D 打印房屋一樣,，BioHome3D被吹捧為增材建筑解決全球住房危機(jī)的示范,。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)引用了緬因州缺少 20,000 個(gè)住房的事實(shí),，該州近 60% 的低收入租房者將一半以上的收入用于住房。供應(yīng)鏈問(wèn)題導(dǎo)致的失業(yè)和材料價(jià)格上漲進(jìn)一步加劇了這種情況,。

緬因州州長(zhǎng)珍妮特米爾斯說(shuō)：“我們的州正面臨住房危機(jī)和勞動(dòng)力短缺的沖擊，但緬因大學(xué)再次挺身而出,，表明我們可以用緬因州標(biāo)志性的獨(dú)創(chuàng)性應(yīng)對(duì)這些嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。憑借其創(chuàng)新的 BioHome3D,，Umaine 的高級(jí)結(jié)構(gòu)和復(fù)合材料中心正在創(chuàng)造性地思考我們?nèi)绾谓鉀Q住房短缺問(wèn)題,，加強(qiáng)我們的林產(chǎn)品工業(yè),，并為人們提供安全的居住場(chǎng)所，以便他們?yōu)槲覀兊慕?jīng)濟(jì)做出貢獻(xiàn),。雖然還有更多工作要做,，但今天的發(fā)展是向前邁出的積極一步——我很自豪能夠通過(guò)我的緬因州就業(yè)與恢復(fù)計(jì)劃和我的預(yù)算來(lái)支持這一舉措,。我向緬因大學(xué)及其合作伙伴表示祝賀和感謝,，我期待著繼續(xù)以創(chuàng)新的解決方案解決這些問(wèn)題,。”

參議員柯林斯說(shuō)：“隨著今天世界上第一座由回收森林產(chǎn)品制成的 3D 打印房屋的生產(chǎn)，緬因大學(xué)繼續(xù)展示其在創(chuàng)新和科學(xué)研究方面的全球領(lǐng)導(dǎo)地位,。這項(xiàng)非凡的成就歸功于 Habib Dagher 博士,、他的團(tuán)隊(duì)和緬因州高級(jí)結(jié)構(gòu)與復(fù)合材料中心的學(xué)生的堅(jiān)韌和專業(yè)知識(shí),。我贊揚(yáng)他們?yōu)榫捯蛑莸牧之a(chǎn)品行業(yè)開創(chuàng)了這個(gè)新的市場(chǎng)機(jī)會(huì),，這有助于緩解我們國(guó)家的住房短缺問(wèn)題,。他們開創(chuàng)性的工作將為經(jīng)濟(jì)適用房的未來(lái)奠定基礎(chǔ),，并有助于在我們州創(chuàng)造新的就業(yè)機(jī)會(huì),。”

然而,，正如舊金山社區(qū)住房組織委員會(huì)(CCHO)聯(lián)合主任彼得科恩所說(shuō)的的那樣,，單靠空調(diào)并不是為廣大民眾提供住所的靈丹妙藥,。解決住房危機(jī)的一種可能更節(jié)能和資源高效的解決方案可能是征用現(xiàn)有建筑物,，例如屬于國(guó)外投資者的未使用公寓,，并將其改造成公共住房,。在當(dāng)前的社會(huì),、經(jīng)濟(jì)和政治現(xiàn)實(shí)中，這種使房地產(chǎn)去商品化的嘗試可能是不可能的,。

然而,，技術(shù)方法更容易獲得來(lái)自公共和私人實(shí)體的積極報(bào)道和資助。增材建筑以及整個(gè)增材制造的主要優(yōu)勢(shì)在于它可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化,。這使得通過(guò)規(guī)避勞工問(wèn)題來(lái)解決勞工問(wèn)題成為可能,。這可能是它受到阿拉伯聯(lián)合酋長(zhǎng)國(guó)如此大力推動(dòng)的原因之一，在該國(guó),，建筑行業(yè)的罷工危害性極大,。

Umaine 為未來(lái)的增材建設(shè)努力

為了擴(kuò)大其增建造項(xiàng)目研究，ASCC 正在開設(shè)其綠色工程和材料 (GEM) 未來(lái)研究工廠,。該設(shè)施將作為支持人工智能的大規(guī)�,；旌现圃斓幕�礎(chǔ),。GEM 網(wǎng)站部分是為了振興該州的經(jīng)濟(jì)，它也將成為創(chuàng)建新的緬因州工程,、計(jì)算和信息科學(xué)學(xué)院 (MCECIS) 的關(guān)鍵,，該學(xué)院整合了工程和計(jì)算教育與研究。

GEM 由 2500 萬(wàn)美元的直接投資推動(dòng),，其中包括通過(guò)緬因州就業(yè)與恢復(fù)計(jì)劃獲得的 1500 萬(wàn)美元和 1000 萬(wàn)美元的聯(lián)邦資金,。該州的參議員正在爭(zhēng)取其他聯(lián)邦基金中的近 4000 萬(wàn)美元,。