据智能结构研究所所长表示，“大规模增材制造”（即3D打印建筑）将彻底改变建筑业。
无论是黏土、混凝土还是塑料，打印材料都以流体状态挤出，并硬化成最终形态。
他表示，尽管这项技术的广泛应用仍存在一些障碍，但未来的建筑将完全由再生材料或就地取材建成。
在建筑领域，新材料鲜少出现。
几个世纪以来，木材、砌体和混凝土一直是地球上大多数结构的基础。
19世纪80年代，采用钢框架永久改变了建筑业。钢材使建筑师能够设计更高的建筑、更大的窗户，从而催生了如今定义城市天际线的摩天大楼。
自工业革命以来，建筑材料基本局限于一系列批量生产的构件。从钢梁到胶合板，这套标准化的构件体系在150多年间一直影响着建筑的设计与建造。
这一局面或许很快会随着所谓“大规模增材制造”技术的进步而改变。自钢框架被采用以来，还从未出现过一项在改变建筑构思与建造方式方面具有如此巨大潜力的发展。
与桌面3D打印一样，大规模增材制造是逐层构建物体。无论是黏土、混凝土还是塑料，打印材料都以流体状态挤出，并硬化成最终形态。
作为智能结构研究所所长（任职于田纳西大学），我有幸参与了一系列应用这项新技术的项目。
尽管这项技术的广泛应用仍存在一些障碍，但我可以预见，未来的建筑将完全由再生材料或就地取材建成，其造型将受到自然几何形态的启发。
有前景的原型
其中包括Trillium Pavilion，这是一座露天结构，由再生ABS聚合物打印而成，ABS是一种广泛用于各类消费品的常见塑料。
该结构薄而双曲面的表面，灵感来自其同名花卉的花瓣。该项目由学生设计，由Loci Robotics打印，并在诺克斯维尔的田纳西大学切罗基农场研究园区建成。
大规模增材制造的其他近期案例包括Tecla，这是一座450平方英尺（41.8平方米）的原型住宅，由Mario Cucinella Architects设计，并在意大利小镇马萨隆巴尔达打印而成。
建筑师使用取自当地河流的黏土打印了Tecla。这种廉价材料与径向几何形态的独特结合，创造出一种节能的替代性住房形式。
回到美国，建筑事务所Lake Flato与建筑科技公司ICON合作，为得克萨斯州奥斯汀一座被称为“House Zero”的住宅打印混凝土外墙。
这座2,000平方英尺（185.8平方米）的住宅展示了3D打印混凝土的速度与效率，其结构中弧形墙体与外露的木框架形成了令人愉悦的对比。
规划流程
大规模增材制造涉及三个知识领域：数字设计、数字化制造和材料科学。
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首先，建筑师需要为所有待打印的构件创建计算机模型。随后，设计师可利用软件测试这些构件将如何承受结构荷载，并据此调整构件。这些工具还可帮助设计师找出如何减轻构件重量，并在打印前自动完成某些设计流程，例如平滑复杂的几何交接处。
一款软件称为切片器（slicer），随后将计算机模型转换为一组供3D打印机执行的指令。
您可能认为3D打印机的工作规模相对较小，例如手机壳和牙刷架。
但3D打印技术的进步，已使硬件真正实现规模化扩展。有时打印是通过所谓的龙门式系统完成的，即一种由滑轨构成的矩形框架，类似于桌面3D打印机。越来越多地，机械臂因其能够以任意方向进行打印而被采用。
打印场地也可能有所不同。家具和较小的构件可在工厂中打印，而整座房屋则必须在现场打印。
大规模增材制造可使用多种材料。混凝土因其熟悉度和耐久性而广受欢迎。黏土是一种颇具吸引力的替代材料，因为它可以就地采集，Tecla的设计者正是这样做的。
但塑料和聚合物的应用范围可能最为广泛。这些材料用途极为多样，可通过不同配方满足各种特定的结构与美学要求。它们还可由再生材料和有机来源材料制成。
源自自然的启发
由于增材制造是逐层构建，且仅使用制造特定构件所需的材料和能量，因此它比“减材方法”这种需要切除多余材料的建造方式高效得多，例如从树上铣削出一根木梁。
即使是混凝土和塑料等常见材料，也能从3D打印中受益，因为无需额外的模板或模具。
如今大多数建筑材料都在设计用于生产相同构件的流水线上批量生产。虽然降低了成本，但这一过程几乎没有定制化的空间。
由于无需工装、模板或模具，大规模增材制造可使每个部件都独一无二，且增加复杂度或定制化不会带来时间上的代价。
大规模增材制造的另一个有趣特性，是能够生产带有内部空腔的复杂构件。这或许有朝一日能够实现在墙体打印时预先嵌入管线或风管。
此外，目前正在开展研究，以探索多材料3D打印的可能性，这项技术有望将窗户、保温层、结构加固件，甚至电线，完全整合进同一个打印构件中。
增材制造中最让我兴奋的一个方面，是这种以缓慢硬化材料逐层构建的方式，与贝壳形成等自然过程如出一辙。
这为设计师开辟了诸多机遇，使其能够实现使用其他建造方法难以生产、但在自然界中却十分常见的几何形态。
结构框架受鸟骨精细结构启发，可以构建由管材组成的轻质格构，其尺寸将反映所承受的荷载。外立面可模仿植物叶片的形态，设计时可同时实现遮阳与发电。
克服学习曲线
尽管大规模增材制造有诸多积极方面，但其更广泛的应用仍存在一些障碍。
最需要克服的或许是其新颖性。围绕钢材、混凝土和木材等传统建造方式，已形成了一整套基础设施，包括供应链和建筑规范。此外，数字化制造设备的成本相对较高，而使用这些新材料所需的特定设计技能尚未得到广泛传授。
要使建筑领域的3D打印得到更广泛的应用，它需要找到自己的细分领域。与文字处理软件如何推动桌面电脑普及类似，我认为，正是大规模增材制造的某种特定应用，将促使其被广泛使用。
或许是它打印高效结构框架的能力。我也已经看到其在制作独特雕塑式外立面方面的前景，这些外立面可在使用寿命结束时被回收并重新打印。
无论如何，似乎很可能是多种因素的共同作用，将确保未来的建筑在某种程度上采用3D打印建造。
