苏黎世联邦理工学院的研究人员利用可回收矿物泡沫制成3D打印模板构件，制作出一块预制混凝土板。
工程师表示，这块板更轻、保温性能更好，材料用量减少了70%。
建筑师认为，如果这项技术得到大规模采用，就有助于减少建筑业，尤其是水泥行业的碳足迹；水泥是全球最大的单一二氧化碳排放源。
研究人员来自苏黎世联邦理工学院，他们使用了3D打印模板构件。这些构件由可回收矿物泡沫制成，用于制作预制混凝土板。据称，这种板更轻、保温性能更好，材料用量减少了70%。
这套系统名为FoamWork：在传统的矩形模具中放入24个形状和尺寸各异的矿物模板构件，再在其周围浇筑混凝土并静置固化，从而在板体内形成中空单元。
由此形成的内部结构经过优化，可沿主要应力线增强板体，在确保所需强度的同时，大幅减少制作所需的混凝土。
建筑师Patrick Bedarf认为，如果这项技术得到大规模采用，就有助于减少建筑业，尤其是水泥行业的碳足迹；水泥是全球最大的单一二氧化碳排放源。
“建筑业对二氧化碳排放贡献显著，仅水泥生产就占全球排放量的7%。”Bedarf表示。他是数字建筑技术系（DBT）苏黎世联邦理工学院的研究人员。
“采用FoamWork，混凝土板材料消耗所产生的排放会减少。较低的质量还会对整个承重结构的尺寸设计产生连带影响，并减少施工现场运输和搬运的工作量。”
模板构件本身由自主机器人手臂使用矿物泡沫进行3D打印。传统上，矿物泡沫由水泥发泡制成；由于孔隙率高，它正越来越多地用作建筑保温材料。
为避免水泥生产相关排放，FoamWork系统采用了瑞士初创企业FenX研发的一种替代材料，其原料是燃煤电厂产生的一种废弃物——粉煤灰。
该公司称，这有助于降低泡沫的碳足迹，即使将煤炭燃烧产生的排放考虑在内也是如此。
最终制成的FoamWork构件既可以留在原位，以提升预制混凝土板的保温性能，也可以回收并重新打印，用于制作新的模板。
考虑到增材制造过程中不会产生边角料，这意味着整套系统有望实现零废弃。
“目前，定制形状的模板要么制造过程十分浪费，要么根本无法实现。”Bedarf告诉Dezeen。
“大型标准化板材可以使用中空塑料模具来减少混凝土用量；对于较小的非标准应用，复杂的混凝土模板则需要用木材手工制作，或用致密塑料泡沫通过数控加工制成。”他补充说。
“这两种方法都耗费大量人力，而且会因切削和边角料造成大量材料浪费。”
混凝土板的内部结构针对其特定形状进行了优化，设计借鉴了意大利建筑师Pier Luigi Nervi在20世纪40年代设计楼板的方式，即沿主要应力线设置肋条。
不过，内部单元的形状和布局可以定制，从而制作出多种混凝土建筑构件，包括墙体乃至整片屋顶。
为应对其巨大的碳足迹，全球水泥与混凝土协会近期承诺，到2050年实现净零排放。
为实现这一目标，行业正在寻找熟料的替代品——熟料是水泥中碳密集度最高的成分；同时也在采用碳捕集技术，去除熟料生产过程中产生的排放。
目前的熟料生产过程涉及高温煅烧碳酸钙，从中分离出制造水泥所需的钙，而碳则会释放到大气中。
在这类创新能够大规模应用之前，建筑师减少建筑材料和施工所产生的隐含碳足迹最简单的方法，就是更节制、更高效地使用混凝土和钢材等高碳材料。
剑桥大学工程学教授Julian Allwood表示，目前英国有大量建筑设计过度。
“我们对钢材利用率做过很多研究。”他在英国皇家建筑师学会（RIBA）最近举办的建成环境峰会上说。“我们发现，英国大多数商业建筑的设计用量最多超出实际需要50%至60%。”
“如今我们能够采取的建筑业减排措施，都离不开提高材料效率：减少材料用量，因为材料本身就含有隐含排放。”
