麻省理工学院3D打印可回收的建筑用玻璃砖，承载力可媲美混凝土砖

时间：2024-09-23 09:16 来源：南极熊作者：admin 阅读：次

2024年9月21日，据麻省理工学院称，工程师们受到循环建筑生态潜力的启发，正在开发一种由3D打印再生玻璃制成的新型可重构砌体。该团队利用麻省理工学院衍生公司 Evenline 提供的定制 3D 玻璃打印技术，制作出坚固的多层玻璃砖，每块都呈 8 字形，可以像乐高积木一样相互锁合。

在机械测试中，一块玻璃砖可承受的压力与混凝土块相似。为了进行结构演示，研究人员建造了一堵互锁玻璃砖墙。他们设想，3D 打印玻璃砖可以作为可回收砖多次重复使用，用于建筑外墙和内墙。

麻省理工学院机械工程助理教授凯特琳·贝克尔 (Kaitlyn Becker) 说道：“玻璃是一种可高度回收利用的材料。我们将玻璃制成砖石，当建筑结构报废时，可以将其拆开并重新组装成新结构，或者可以将其放回打印机中并变成完全不同的形状。所有这些都构成了我们对可持续、循环建筑材料的想法。”

“玻璃作为一种结构材料，有点让人头疼，”迈克尔·斯特恩 (Michael Stern)说道，他曾是麻省理工学院的研究生，目前在麻省理工学院媒体实验室和林肯实验室担任研究员，同时也是Evenline 的创始人和总监。“我们正在展示这是一个突破建筑极限的机会。”

贝克尔和斯特恩及其同事在《玻璃结构与工程》杂志的一项题为“Additivemanufacturing of interlocking glass masonry units”的研究论文中详细介绍了他们的玻璃砖设计。麻省理工学院的合著者包括主要作者丹尼尔·马西米诺和夏洛特·福林纳斯，以及 Evenline 的伊桑·汤森。这项研究得到了 Bose 研究资助计划和麻省理工学院研究支持委员会的部分资助。

论文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s40940-024-00279-8

新型圆形砌体设计的灵感部分来自麻省理工学院的玻璃实验室，当时还是本科生的贝克尔和斯特恩在那里首次学习了吹制玻璃的艺术和科学。斯特恩说：“我发现这种材料很迷人。我开始思考如何让玻璃打印找到自己的位置并做有趣的事情，建筑就是其中一种可能的途径。”他后来设计了一台能够打印熔融再生玻璃的 3D 打印机——这是他在机械工程系学习期间承担的项目。

与此同时，贝克尔接受了麻省理工学院的教职，开始探索制造与设计的交集，以及如何开发能够实现创新设计的新工艺。贝克尔说：“我很高兴能为具有有趣特性的具有挑战性的材料拓展设计和制造空间，比如玻璃及其光学特性和可回收性。只要没有被污染，你几乎可以无限地回收玻璃。”

她和斯特恩联手研究3D 打印玻璃能否以及如何制成像传统砖块一样坚固且可堆叠的结构砌体单元。在这项新研究中，该团队使用了 Glass 3D Printer 3 (G3DP3) 打印装置，这是 Evenline 玻璃打印机的最新版本，它与熔炉配合使用，将压碎的玻璃瓶熔化成熔融的可打印形式，然后打印机将其以分层图案沉积。

△G3DP3的当前配置：玻璃门后面是构建室，上方是炉窑和坩埚

研究团队使用吹制玻璃工作室通常使用的钠钙玻璃打印出原型玻璃砖。他们在每块打印的砖上安装了两个圆形钉子，类似于乐高积木上的螺柱。和玩具积木一样，钉子使砖块可以互锁并组装成更大的结构。放置在砖块之间的另一种材料可防止玻璃表面之间出现划痕或裂缝，但如果要拆卸和回收砖结构，则可以将其移除，还可以让砖块在打印机中重新熔化并形成新的形状。团队决定将砖块做成 8 字形。马西米诺说：“有了 8 字形，我们可以限制砖块，同时将它们组装成具有一定曲率的墙壁。”

研究团队打印了玻璃砖，并在工业液压机中测试了它们的机械强度，液压机挤压砖块直到它们开始破裂。研究人员发现，最坚固的砖块能够承受的压力与混凝土块相当。这些最坚固的砖块主要由打印玻璃制成，砖块底部附有单独制造的联锁结构。这些结果表明，大多数砖石砖都可以由打印玻璃制成，联锁结构可以打印、铸造或用其他材料单独制造。

贝克尔说：“玻璃是一种复杂的材料，用不同材料制成的互锁元件在这个阶段显示出最大的潜力。”

研究团队正在研究是否可以用打印玻璃实现更多砖块的互锁功能，但并不认为这会成为扩大设计规模的障碍。为了展示玻璃砌体的潜力，他们用互锁玻璃砖建造了一面弧形墙。接下来，他们的目标是建造更大、自支撑的玻璃结构。

斯特恩说：“我们对材料的极限以及如何扩大规模有了更多的了解。我们正在考虑将材料作为建筑的垫脚石，并希望从类似亭子的东西开始——一种人类可以与之互动的临时结构，然后你可以将其重新配置成第二种设计。你可以想象这些积木可以经历很多次生命。”

(责任编辑：admin)

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