未來城市,將以 3D 打印製造出來?

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以 3D 打印技術製作的牆壁元素。 圖片來源:London and District Construction Association/Facebook

衣食住行是人民的基本需要,住屋問題則是當中最難解決的一環,牽涉大量的土地及財政資源之餘,也需要相應的建築技術。建築學家、工程學家過去一直研究如何以更快捷、更便宜、更安全的方法興建大量房屋,以滿足日漸膨脹的人口。而近年新興的 3D 打印技術,或者可以為整個建築業界,帶來新一波的科技革命。

一班來自英國和波蘭的土木工程學家在學術網站 The Conversation 撰文,剖析 3D 打印未來將會如何改變建屋方式。3D 打印的好處是可以輕易製作出現有技術難以生產的形狀和形態,為建築設計及物料選用開創更多可能性。建築師只需要在電腦設計模型,接駁打印機後就能夠大量生產。而且打印機可以 24 小時運作,加快生產效率之餘,亦保障工人健康及安全;生產過程又更加精確,減少不必要的浪費。

現時,全球幾乎每兩年就出產超過 80 億噸混凝土,因其價格低廉,生產技術簡單,製成品又十分堅固耐用,是業界其中一種最常用的建屋物料。可是,混凝土其實極不環保,生產過程釋放的二氧化碳佔全球排放量的 4% 至 8%。而且要製作原材料,就要挖取大量砂石,破壞自然環境,廢棄的混凝土亦難以回收重用,所生產的垃圾佔全球堆填區的 35%。於是,工程學家團隊著手研究 3D 打印可否改變製作混凝土的模式。

混凝土是由水泥、水和砂石混合物製作而成,團隊便嘗試以玻璃取代砂石混合物。他們認為玻璃容易循環回收,亦同樣由泥沙所製,要轉化為混凝土原料應該不算複雜。而且根據美國國家環境保護局的資料,在 2018 年,美國只有約 25% 的玻璃得以回收,當中有超過一半最終被送往堆填區之中。如果能夠以玻璃製作混凝土,將會大大推動回收活動,為環境保護出一分力。

研究團隊選用了由鹼石灰(soda-lime)製成的啡色玻璃樽,他們先以機器壓碎玻璃樽,然後清洗、風乾、碾磨、篩濾玻璃碎片,將其變成體積小於 1 平方毫米的碎片粒。這些碎粒會成為砂粒的替代品,放進 3D 打印機之內,打印出混凝土牆和樓房組件,最後組裝成一整幢房屋。團隊指出,選用回收玻璃不但更環保,而且更加好用。鹼石灰玻璃的導熱指數(thermal conductivity)是傳統砂石混合物的 3 分之 1,以玻璃製混凝土建屋的話,將大大降低冷氣和暖爐的需求。

除了玻璃樽外,團隊也融入了其他環保物料,例如以石灰粉取代水泥,這樣可以減少水泥所排放的二氧化碳。另外,團隊又加入了微細、中空的「熱塑性球體」(thermoplastic spheres)作為填空物料,進一步降低 40% 的混凝土導熱指數,同時減少所需的原材料。研究團隊強調,在 3D 打印時代,我們有能力製造「超輕量」(ultra-lightweight)、「高絕緣」(well insulated)的建築,為走向淨零排放出力。