Nature子刊：印度研究团队开发突破性建筑3D打印系统,让水泥也能"打印"房子

导读：你是否曾经想过，有一天我们可以像打印文件一样"打印"房子？
      2025年5月，印度研究人员在Scientific Report上发表了一项突破性研究，让这一科幻场景离我们更近了一步。研究团队成功开发了一套经济实惠的建筑3D打印系统，能够使用本地材料打印出结构稳定的水泥构件，为未来建筑行业带来了新的可能。



研究背景
      传统建筑行业一直面临着材料浪费、施工效率低下和设计受限等问题。随着3D打印技术的发展，建筑领域开始探索这一创新方法。印度曼尼帕尔高等教育学院的研究团队看准了这一趋势，着手研发适合本地条件的建筑3D打印系统。研究团队希望设计一个既经济实惠又能适应本地材料的挤出系统，让建筑3D打印技术能够在更广泛的地区推广使用。
研究内容
       这套建筑3D打印系统的核心在于挤出装置，包括料斗、螺旋送料器和可互换的喷嘴。研究团队对这些关键部件进行了重新设计，以适应水泥基复合材料的特性。他们设计的螺旋送料器长600毫米，螺距48毫米，能够在保证送料率的同时提高挤出精度。而且还开发了矩形和圆形两种不同形状的喷嘴，以满足不同建筑结构的需求。测试显示，矩形喷嘴在打印稳定性和层间粘合方面表现更佳，能够稳定堆叠多达12层，而圆形喷嘴最多只能稳定堆叠8层。




      研究团队的另一个创新点在于材料配方，他们测试了三种不同的水泥基复合材料，其中表现最佳的是CSSAW配方——一种结合了水泥、细砂、细土、添加剂和水的混合物。普通水泥材料流动性不足或者强度不够，无法满足3D打印的需求，为了应对这个挑战，研究人员添加了细土和聚羧酸醚超塑化剂，显著改善了材料的流动性和形状保持能力。


        测试数据显示，CSSAW材料在30分钟后仍能保持27厘米的坍落高度，比基准配方提高了92.8%的流动性，形状保持能力提升了三倍。这种材料能够成功堆叠11层而不会塌陷，展现出优异的打印性能。除了硬件和材料，研究人员还优化了打印参数。通过反复测试，他们发现25毫米/秒的打印速度和10毫米的层高最适合高质量打印。一开始他们尝试30毫米/秒的速度和20毫米的层高，但打印质量不理想，层填充不完整。降低速度和层高后，打印质量有了显著提升。在优化的条件下，研究团队成功打印出了六边形和波浪形结构，证明了系统在实际应用中的可行性。



未来展望
      这项研究为建筑3D打印技术在资源有限或偏远地区的应用提供了新思路。由于系统使用当地可获得的材料和简单的机械部件，大大降低了建筑3D打印的门槛和成本。研究团队表示，未来的工作将集中在进一步优化材料配方和挤出机制，提高系统的性能和可靠性。他们还计划探索更多可持续材料的应用，以减少建筑业对环境的影响。
      随着技术的不断完善，建筑3D打印有望在未来几年内实现更大规模的应用，为解决全球住房短缺问题和提高建筑效率提供新的解决方案。也许有一天，我们真的可以像打印文档一样，轻松地"打印"出一座房子！
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41598-025-02860-9