设计. 打印. 构建.

伊利诺伊大学团队旨在用3d打印木材废料彻底改变经济适用房

本文由 Alexiss Turner, 09年, 艾丽莎·科萨克11岁，16岁
照片 梅丽莎·哈特利, 里约热内卢施皮尔, 大学传播与市场营销

经济适用房不是奢侈品，而是基本需求.  

365滚球官网正在开发一种技术，通过使用爱达荷州的木材废料来制造市场上最可持续的建筑材料之一，使全国范围内的住房价格更低. 他们将木屑和其他木材副产品与生物基胶水结合起来，为3d打印建筑物和可堆叠砖块创造了一种介质.

“我们正试图改变美国房屋的建造方式，”他说 迈克尔·莫恩，副教授 机械工程. “太贵了, 时间太长了, 我们认为我们可以用更少的钱做到这一点, 建筑工人的劳动和伤害.”

需求增加, 不断上涨的建筑成本, 全球大流行和长期供应链中断导致了一些问题 房价涨幅最大 在最近的历史中，爱达荷州和华盛顿州经历了一些最高的跳跃.  

跨学科项目, 称为PrinTimber, 预计将对爱达荷州快速增长的建筑业产生积极影响. 的 工程学院, 自然资源 和 艺术与建筑 正在和奥本大学合作这个项目吗. 

从木屑到庇护所

“做事总有一种公认的方式，”他说 兰德尔·蒂尔他是哈佛大学的教授和校长 我的建筑学专业. “我们的教师和学生正试图以不同的方式看待事物，寻找做事的新方法, 去质疑它们，并利用我们目前的发现来实现最大的利益.”

来自艺术、建筑和自然资源学院的教师们集思广益，提出了一个减少国家负担得起的住房问题并促进可持续工业实践的想法. 他们想用天然材料3D打印房子, 特别是锯末和木材废料, 这些在爱达荷州的磨坊和木材加工厂都很容易买到. 在全国范围内,你.S. 木材制造产生 8400万吨 锯木厂的灰尘和废料.   

“一棵树只有大约40%被转化为木材，”莫恩说. “这意味着有很多废物要么留在森林里，要么被用于低价值产品.”  

该团队请来了伊利诺伊大学的工程师和可再生材料专家，开发了一种基于废弃木纤维的建筑材料. 他们还需要制作一个3D打印机原型和一种叫做树脂的胶水，把木纤维粘在一起. 

罗伯特·卡恩, 机械工程博士研究生, 还有团队里的其他学生, 是否正在开发和测试一台3D打印机，该打印机能够用木屑和树脂为房屋生产结构墙，作为工业用途的原型. 目标是创建一个大规模的, 移动打印机能够打印建筑元素的一个家，几乎没有人的互动在建筑工地.  

“在攻读研究生学位之前，我从事住宅建筑工作. 这很危险，你的工作时间很长，而且建造一个房子非常昂贵，”卡恩说. “这对我来说是最重要的事情:成为旧方式的一部分，使用可再生资源开辟道路.”  

使用磨粒材料(如锯末)进行3D打印与使用业余3D打印中典型的光滑塑料细丝非常不同. 工程团队正在改进定制打印机设计和连续分层方法，以便使用专用树脂将打印材料的层粘合在一起.  

该团队希望创造一种植物基树脂，将木纤维粘合在一起. 如果他们成功了, 新的建筑材料将完全以生物为基础, 因为木材已经是一种可再生的自然资源.

一旦物质固化, 它需要强大, 耐热和绝缘——与任何建筑材料相同的质量指标. 另一个挑战是确保未固化的木材和树脂混合物可以很容易地通过3D打印机.  

“一切都是一种权衡，”他说 阿曼德麦当劳，香港大学教授 可再生材料化学. “我们对木材与树脂的比例以及树脂本身的化学或有机分解所做的任何改变都会影响材料在打印机中的运行方式, 这种材料固化的速度有多快, 材料的强度如何，它能承受多大的环境因素.” 

麦克唐纳正在与奥本大学的合作伙伴一起分析不同的植物基树脂和合成树脂对压力的反应, 用热和其他元素来确定最佳的粘结剂.

与最近使用混凝土的3D打印建筑企业相比，该团队的生物基木材和树脂将更加节能. 混凝土需要大量的热量来形成可供搅拌的干粉, 它向大气中释放二氧化碳. PrinTimber材料不需要这种能量.  

“没有人像我们这样使用新型复合材料，”麦克唐纳说. “我们的研究团队令人难以置信，我们敏捷，我们互动，我们完成任务.”  

木材技术 

3D打印木材和树脂混合物需要几个小时, 所以PrinTimber团队的研究生们开始思考不用打印机就能测试材料的方法.

他们设计了一种可堆叠的砖, 被称为技术, 用3D打印过程中使用的相同材料制成. 压成砖的形状，然后让它凝固, 这种材料有望成为第二种施工方法.  

“通过PrinTimber项目, 我们真的希望能够满足各个层面的需求，并产生有意义的影响,蒂尔说。. “这项技术有望提供一种易于使用的方法, 低技术含量的产品，允许一个简单的切入点，用于建筑行业.”  

建筑学硕士生Mallory Bermensolo, Jim Severt和Tavia Dahl于2023年秋季在博伊西州立大学企业家周的黑客住宅建设竞赛中获得了tech产品的第一名. 这支队伍在全州范围的比赛中赢得了9000美元. 

博伊西大学的教师和研究生正在研究这种产品，并探索它如何填补建筑行业的空白.

“我们在博伊西的研究重点是最先进的审查, 通过诸如Hacking for Homebuilding和国际会议等活动，测试并向更多的观众展示PrinTimber,达尔说. “通过与当地和国际社会的接触，我们创造了一个反馈循环. 这让我们能够作为一个团队去设计和创造一些能够填补行业空白的内容.”  

Bermensolo知道这个反馈循环对项目有多重要，并采访了行业专家, 建筑规范专家和当地建筑商了解产品如何适应市场需求.  

“从行业专家那里获得实时反馈可以让我们根据需要调整战略，这样我们就不会浪费时间,伯门索洛说. “另外, 倾听别人在做什么以及市场需求是什么，使我们能够在我们提供的解决方案中具有创造性.” 

达尔重视团队对可持续发展的承诺, 弹性和对废物作为宝贵资源的重视.   

达尔说:“有机会参与这样一个创新项目真的很令人兴奋. 其他人则处理木材废料, 但PrinTimber致力于创造一种100%生物基的产品, 循环和成本效益-我可以为此做出贡献.” 

今年春天, 该团队计划在莫斯科Lupine Flats社区使用技术建造一个小棚屋，该社区是莫斯科经济适用住房信托基金拥有的土地上的一个规划社区. 未来的计划包括用这种产品建造一座完整的小房子. 这项技术将成为可持续住宅建设的另一条途径, 在PrinTimber项目下已经进行了数百万美元的研究.