缅因大学推出全生物基材料制成的3D 打印房屋BioHome3D，以应对住房危机

如今的增材建筑 (AC) 领域正在蓬勃发展，3D 打印房屋正成为其中的典型代表。2022年11月23日，南极熊获悉，来自缅因大学（UMaine）先进结构和复合材料中心 (ASCC)推出了一款名为 BioHome3D的3D 打印房屋，它被描述为“第一座完全由生物基材料制成的 3D 打印房屋”。

3D打印房屋——BioHome

据悉，UMaine推出的这款BioHome原型住宅面积为 600 平方英尺，拥有 3D 打印的地板、墙壁和由木纤维和生物树脂制成的屋顶。不仅如此，它还具有 100% 的木质绝缘材料和可定制的 R 值。也就是说，可以定制对传导热流的阻力。据该团队称，这座房子是完全可回收的，由于打印过程的精确性，建筑垃圾几乎完全被消除了。

这座房屋是使用当地的木纤维原料与NatureWorks公司的木纤维-PLA复合材料在场外空地制作的，该公司由美国最大的私营公司嘉吉公司和泰国国有石油和天然气企业PTT公共有限公司共同拥有。建筑团队将房屋 3D 打印为四个模块，然后在半天内在现场组装。家里只用了两个小时就通电，而且只需要一名电工。该结构位于 ASCC 外的地基上，配备了传感器，可在房屋抵御缅因州冬季时跟踪房屋的环境、热量和结构信息。

BioHome3D 作为“第一个”由生物基材料制成的 3D 打印房屋的标签似乎有些站不住脚，因为在 2019 年，WASP 3D 打印了一座名为GAIA的小房子，它是由土壤和农业废料制成的。紧随其后的是意大利的TECLA 之家和迪拜的DIOR 商店，同样采用当地采购的天然材料制成。

为了澄清这一点，BioHome3D 团队解释道：“我们对 100% 生物基材料的定义是那些来自生物体的原材料 ，例如木材、农作物（如玉米、大麻）或藻类。WASP 项目使用了从现场附近获得的当地沙子/土壤，这些沙子/土壤不是生物基材料。虽然在当地发现，但这些主要是矿物质。虽然它们很丰富，但它们要么是生物基的，要么是可再生的。”

有趣的是，像 PLA 这样的生物聚合物传统上无法在工业堆肥设施外降解。它也不能在不损失其某些机械性能的情况下回收。相比之下，生土可以重新融入自然环境，也可以无限期地作为建筑材料重复使用。尽管如此，BioHome3D 是一个独特的增材建筑案例。

ASCC 执行董事 HabibDagher 博士说：“许多技术正在开发用于 3D 打印房屋，但与 BioHome3D 不同的是，大多数技术是使用混凝土打印的。然而，只有混凝土墙是在传统铸造的混凝土基础上打印的。传统的木质框架或木质桁架被用来完成屋顶。与现有技术不同，整个 BioHome3D 都是打印出来的，包括地板、墙壁和屋顶。使用的生物材料是 100% 可回收的，因此我们的后代可以完全回收 BioHome3D。”

Umaine 和橡树岭国家实验室(ORNL) 在美国能源部的 Hub and Spoke 计划的资助下开发，与 MaineHousing 和缅因州技术学院合作实现了这一目标。ORNL 之前曾在 2015 年使用辛辛那提公司的大面积增材制造系统的变体来3D 打印房屋。该项目是使用ORNL 与 Umaine 和Ingersoll 开发的MasterPrint聚合物 3D 打印机制作的。它以 2019 年的船体 3D 打印而闻名，当时是世界上最大的 3D 打印船和实体物体。

△缅因州州长珍妮特·米尔斯 (Janet Mills) 出席了住宅揭幕仪式；美国参议员苏珊·柯林斯；美国能源部能源效率和可再生能源高级顾问 Jeff Marootian；美国能源部能源效率和可再生能源办公室代理参谋长 Rebecca Isacowitz；美国能源部代理先进制造办公室主任 Steve McKnight；ORNL 能源科学与技术实验室副主任 Xin Sun。

增材制造与住房危机

与许多 3D 打印房屋一样，BioHome3D被吹捧为增材建筑解决全球住房危机的示范。项目团队引用了缅因州缺少 20,000 个住房的事实，该州近 60% 的低收入租房者将一半以上的收入用于住房。供应链问题导致的失业和材料价格上涨进一步加剧了这种情况。

缅因州州长珍妮特米尔斯说：“我们的州正面临住房危机和劳动力短缺的冲击，但缅因大学再次挺身而出，表明我们可以用缅因州标志性的独创性应对这些严峻挑战。凭借其创新的 BioHome3D，Umaine 的高级结构和复合材料中心正在创造性地思考我们如何解决住房短缺问题，加强我们的林产品工业，并为人们提供安全的居住场所，以便他们为我们的经济做出贡献。虽然还有更多工作要做，但今天的发展是向前迈出的积极一步——我很自豪能够通过我的缅因州就业与恢复计划和我的预算来支持这一举措。我向缅因大学及其合作伙伴表示祝贺和感谢，我期待着继续以创新的解决方案解决这些问题。”

参议员柯林斯说：“随着今天世界上第一座由回收森林产品制成的 3D 打印房屋的生产，缅因大学继续展示其在创新和科学研究方面的全球领导地位。这项非凡的成就归功于 Habib Dagher 博士、他的团队和缅因州高级结构与复合材料中心的学生的坚韧和专业知识。我赞扬他们为缅因州的林产品行业开创了这个新的市场机会，这有助于缓解我们国家的住房短缺问题。他们开创性的工作将为经济适用房的未来奠定基础，并有助于在我们州创造新的就业机会。”

然而，正如旧金山社区住房组织委员会(CCHO)联合主任彼得科恩所说的的那样，单靠空调并不是为广大民众提供住所的灵丹妙药。解决住房危机的一种可能更节能和资源高效的解决方案可能是征用现有建筑物，例如属于国外投资者的未使用公寓，并将其改造成公共住房。在当前的社会、经济和政治现实中，这种使房地产去商品化的尝试可能是不可能的。

然而，技术方法更容易获得来自公共和私人实体的积极报道和资助。增材建筑以及整个增材制造的主要优势在于它可以实现生产自动化。这使得通过规避劳工问题来解决劳工问题成为可能。这可能是它受到阿拉伯联合酋长国如此大力推动的原因之一，在该国，建筑行业的罢工危害性极大。

Umaine 为未来的增材建设努力

为了扩大其增建造项目研究，ASCC 正在开设其绿色工程和材料 (GEM) 未来研究工厂。该设施将作为支持人工智能的大规模混合制造的基础。GEM 网站部分是为了振兴该州的经济，它也将成为创建新的缅因州工程、计算和信息科学学院 (MCECIS) 的关键，该学院整合了工程和计算教育与研究。

GEM 由 2500 万美元的直接投资推动，其中包括通过缅因州就业与恢复计划获得的 1500 万美元和 1000 万美元的联邦资金。该州的参议员正在争取其他联邦基金中的近 4000 万美元。