萬科3D打印建筑藍圖

3D打印：從工業(yè)到建筑
如今，在3D打印在產品制造領域已有較為廣泛的應用：客戶在網上下載商品的3D模型，根據個人需求修改模型，再把模型數據發(fā)送到3D打印機，當場就可以制造出獨一無二的產品。這種方式特別適合于生產規(guī)模較小且復雜度高的醫(yī)療（牙科移植)、航空、汽車領域。
設計師都有類似的經歷，為了尋找一件能夠完美融入環(huán)境的家具而遍訪各處，好不容易看到一件想要的，但形狀大小不合適或色彩稍差一點。這時候如果能從廠家網站上下載模型，用簡單易學的軟件修改其顏色或材質，調整形狀或縮放，然后廠家根據調整后的產品方案為你量身定制，那該多好啊。3D打印家具在理論上其實已經能做到這一步，那么房屋呢？

MIT教授Neri Oxman設計的仿生吸音躺椅，由Stratasys采用橡膠質合成材料打印

同樣以CAD數據承載“打印信息”，也同樣是一個將材料層層疊加的形態(tài)生成過程，3D打印建筑與3D打印工業(yè)品的區(qū)別，在于由建筑的結構安全、性能與造型需求所帶來的打印機技術提升，打印材料的研發(fā)，以及建筑設計方法的創(chuàng)新。

3D打印技術也稱作“增材制造”，通過一層層疊加材料來形成產品，原材料一般是粉末狀或液態(tài)的，前者結合的方式是膠粘，后者在工業(yè)領域則是熱熔再固化。樹脂粉末每一層的厚度最小可達4微米，因此可以制造出分辨率超高的精細產品。
在建筑領域，我們需要制造混凝土的建筑主體構件，以及人造石、碳纖維等材料的非結構構件。這不僅需要尺寸足夠大的打印機器，還要想辦法提高打印的“分辨率”，改進打印材料以提高打印速度，并確保從打印噴嘴中擠壓出的材料能夠快速硬化成型，雖然前路漫漫，但相信越來越多的人會加入到這項為建筑領域帶來革命性轉變的技術開發(fā)隊伍中。

制造優(yōu)勢
比起傳統(tǒng)建筑制造方式，未來的3D打印建筑具有以下四個突出優(yōu)勢：
經濟環(huán)保，減少建筑垃圾，減少運輸及庫存的成本。由于不再需要模板進行混凝土澆鑄，可最大限度節(jié)約木模、鋼模等材料，減少浪費；若能實現在施工現場即時生產，則大大降低現有預制構件生產體系所需的庫存及運輸費用。
高精度高質量的構件生產。與當今世界預制建造體系一樣，3D打印建筑技術也是在現場將打印出的構件進行拼裝的建造過程。它能夠簡化工地現場施工的復雜程度，減少對天氣、用工等條件的依賴，因此能夠強有力地保證建筑質量。相信在不久的將來，當“分辨率”終于趕上工業(yè)打印時，3D打印的建筑構件一定能夠發(fā)揮出巨大價值。
可實現批量定制。與工業(yè)產品的個性化定制原理相同，未來的住宅建造商能夠為客戶提供各類標準居住單元的選擇清單，客戶可在一定范圍內修改居住單元的造型，增減使用功能，調整色彩與材質，下單付款后，組成居住單元的各個模塊就在附近的生產中心被打印出來，運送到指定地址進行拼裝。
自由形態(tài)與仿生結構，超越現有技術局限。建筑愛好者們一定欣賞過扎嬸(Zaha Hadid)設計的極具未來感的建筑作品吧？為了實現那些單雙曲造型的內外墻面，可能需要預制昂貴的鋼模板并搭建復雜的腳手架來澆鑄混凝土，或如下圖扎哈哈迪德設計的阿利耶夫文化中心：先搭建一個傳統(tǒng)鋼筋混凝土結構的主體，再用一層鋼網架來塑造所需的復雜造型，最后，內外各貼一層“皮”，可算是為了建筑的“形式美”付出了極高的代價。

傳統(tǒng)建筑結構+內外雙層皮：扎哈2011年設計的阿利耶夫文化中心

然而3D打印建筑將不再受模具工藝和人力的限制，未來建筑師在電腦軟件上設計出的建筑模型，無論結構再復雜再精細，分層成型的3D打印技術都能實現，所見即所得。不僅如此，建筑界日漸成熟的參數化設計和仿生建筑設計，也終于因著3D打印技術的發(fā)展朝著可實施的方向邁進。

仿生參數化設計+一體制造：3D Printing by Monolite UK Ltd. & Faan Studio, 2012

處于3D打印的前沿
目前，歐洲多國、美國、日本都有相關院校、機構和企業(yè)在探索這項技術，但大部分還停留在小型非結構構件、家具和景觀部品的打印領域，真正在建筑上的應用仍處于非常初步的階段。據我們了解，較為領先的意大利、荷蘭、美國都是沿著“打印非承重構件”的路線在進行，其中荷美屬于一種 “構件外殼打印+現場澆注”的工藝，構件外殼沿輪廓線可連續(xù)疊加打印成型，具備作為建筑構件的永久性模具(外殼)的條件，但現在其強度、安裝工藝及其他相關性能尚不能達到居住建筑規(guī)范要求，因此不能作為結構(承重)構件。

意、荷、美、英四國的打印方式、材料及配套設計原理不盡相同。
意大利Enrico Dini發(fā)明的D-shape打印機，原料為砂和無機粘結劑。

荷蘭DUS建筑事務所與Ultimake合作開發(fā)的Kamermaker打印機，原料為生物塑料外殼和回填混凝土。

荷蘭DUS事務所3D打印的運河屋局部構件，具有蜂巢結構的塑料外殼。

美國USC大學 Behrokh Khoshnevis 教授發(fā)明的“輪廓工藝”，原料為纖維加強混凝土外殼和可選擇性填充混凝土。

英國Louphborough大學的自由形式建造，原料為纖維加強混凝土。

萬科3D打印住宅進行時
3D打印作為一個擁有光明前景的技術方向，將在建筑工業(yè)化的下一個產品實現階段中發(fā)揮重要作用，這與萬科一直推行的產業(yè)化方向十分契合。萬科建筑研究中心已開始著手3D打印技術的探索，并與最前沿的3D打印技術專家資源建立了聯系，共同開展一些課題研究。針對萬科目前主流產品---高層居住建筑，用3D打印實現滿足高層住宅結構、品質、工藝等要求的構配件，還需經過小試，中試等步驟的研究、論證和檢測。
為了實現生產與工業(yè)化技術相匹配的高層部品或構件，并實現功能復合化，如墻體+保溫+管線+內外飾面一體化等，充分利用3D打印技術的材料和工藝優(yōu)勢建造出結構受力更合理、建筑形式更生態(tài)、材料更少浪費、形態(tài)自由度更高的未來住宅。