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3d打印技术生产的材料不仅包括塑料，还包括金属、玻璃，甚至食品。现在，麻省理工学院的研究人员正在进一步扩大这个名单，他们设计了一个系统，可以用3d打印出整个建筑的基本结构。
研究人员说，与传统的施工方法相比，用这种系统建造的结构生产速度更快，成本更低。建筑也可以完全定制，以满足特定场地的需要和制造者的愿望。甚至内部结构也可以以新的方式进行修改;随着工艺的进行，可以加入不同的材料，材料密度可以不同，以提供强度、绝缘或其他性能的最佳组合。
研究人员说，最终，这种方法可以使新型建筑的设计和建造成为可能，这是传统建筑方法无法实现的。
本周的杂志对这个机器人系统进行了描述科学的机器人史蒂芬·基廷(Steven Keating)是机械工程专业的研究生，曾在麻省理工学院媒体实验室(MIT Media Lab)媒介物质小组(mediation Matter group)担任研究员。Julian Leland和Levi Cai，都是媒介物质组的研究助理;以及传媒艺术与科学学院院长、副教授内里·奥克斯曼。
该系统由一个履带车辆组成，该车辆携带一个大型工业机械臂，该机械臂末端有一个较小的、精确运动的机械臂。这种高度可控的手臂可以用于指导任何常规(或非常规)施工喷嘴，如用于浇注混凝土或喷洒绝缘材料的喷嘴，以及额外的数字制造终端效应器，如铣削头。
与典型的3d打印系统不同的是，大多数3d打印系统都使用某种封闭的固定结构来支撑它们的喷嘴，并且只能建造能够容纳在整个外壳内的物体，这个自由移动的系统可以建造任何尺寸的物体。为了证明这一概念，研究人员用一个原型建造了一个直径50英尺、12英尺高的圆顶墙的基本结构——这个项目只用了不到14个小时的“打印”时间就完成了。
在这些初始测试中，该系统制作了泡沫隔热框架，用于形成成品混凝土结构。这种施工方法，聚氨酯泡沫模具填充混凝土，类似于传统的商业保温混凝土模板技术。基廷解释说，按照这种方法，研究人员在最初的工作中表明，该系统可以很容易地适应现有的建筑场地和设备，它将适合现有的建筑规范，而不需要进行全新的评估。
最终，该系统将实现自给自足。它配备了一个勺子，既可以用来准备建筑表面，也可以获取当地的材料，如夯土建筑的泥土，用于建筑本身。整个系统可以由电力驱动，甚至由太阳能电池板提供动力。他们的想法是，这种系统可以部署到偏远地区，例如发展中国家，或在大风暴或地震后进行救灾的地区，以迅速提供持久的避难所。
基廷说，最终的愿景是“在未来，有一种完全自主的东西，你可以把它送到月球、火星或南极洲，它就会出去，多年来建造这些建筑。”基廷领导了该系统的开发，作为他的博士论文工作。
但与此同时，他说，“我们也想表明，我们可以在明天制造出一些可以立即使用的东西。”这就是该团队在最初的手机平台上所做的。他说:“通过这个过程，我们现在就可以取代建筑的一个关键部分。”“明天它就可以融入建筑工地了。”
基廷说:“建筑行业的大部分工作方式仍沿用了数百年。”“建筑是直线的，大多由单一材料建造，用锯子和钉子拼在一起，”而且大多由标准化的平面图建造。
但是，基廷想知道，如果每一座建筑都能个性化，并利用现场环境数据进行设计，会怎么样?在未来，基于探地雷达对场地的分析，这种建筑的支柱可以放置在最佳位置，墙壁可以根据它们的方向有不同的厚度。例如，在寒冷的气候下，建筑的北侧可以有更厚、隔热更强的墙壁，或者随着承重要求的降低，墙壁从下到上逐渐变细，或者帮助结构抵御风的曲线。
这个系统被研究人员称为数字建设平台(DCP)，它的创建是受媒介物质小组设计无部件建筑的整体愿景的推动。这种愿景包括，例如，在一个单一的生产过程中结合“结构和表皮”、梁和窗户，并在结构建造过程中适应多种设计和施工过程。
Oxman说，从建筑的角度来看，该项目“挑战了传统的建筑类型，如墙壁、地板或窗户，并提出了一个单一的系统可以使用DCP制造，可以不断变化其属性，创建墙壁一样的元素，不断融合到窗户。”
为此，新型3d打印系统的喷嘴可以改变所倾倒材料的密度，甚至可以在喷射过程中混合不同的材料。在最初测试中使用的版本中，该设备创建了一个绝缘泡沫外壳，将在混凝土浇筑后留在原位;内部和外部装饰材料可以直接应用到泡沫表面。
该系统甚至可以创建复杂的形状和悬垂，该团队通过在原型圆顶中包含一个宽的内置长凳来演示。在浇筑混凝土之前，任何需要的电线和管道都可以插入模具中，从而一次性完成墙体结构。它还可以整合过程中收集的有关场地的数据，使用内置的温度、光线和其他参数传感器，在建造过程中对结构进行调整。
基廷说，该小组的分析表明，这种施工方法可以比目前的方法更快、更便宜地建造一个结构，而且更加安全。(建筑行业是最危险的职业之一，而这个行业需要的实际工作较少。)此外，由于形状和厚度可以根据结构需要进行优化，而不必匹配现有的预制木材和其他材料，因此所需材料的总量可以减少。
Oxman指出，虽然该平台代表了工程上的进步。“让它更快、更好、更便宜是一回事。但在单一建筑中设计和数字化制造多功能结构的能力体现了从机器时代到生物时代的转变从把建筑看作是一个居住的机器，由标准化的部件组成，到把建筑看作一个生物体，通过计算生长、添加制造，甚至可能是生物上的增强。”
“所以对我来说，这不仅仅是一台打印机，”她说，“而是一种全新的制作思维方式，它促进了数字制造领域的范式转变，也有助于建筑设计。”我们的系统指向数字化建设的未来愿景，为我们的星球和其他星球带来新的可能性。”
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