第26章 在闲聊中学习

周杰坐在回去的车上，思考起来。

现在3D打印灯具厂已经算是走上了正轨，周杰每个月有四千的工资，平时自己在学校的生活费也就有了，而且以技术入股，在公司占有百分之十的股份，年底分红也能分一笔钱，不知道有多少，周杰心心念念还想为脑子里的小雅重新制作一个身体呢。

想到小雅，自己这两天忙，也没顾得上她。

“小雅，醒着没。”周杰在心里默念。

“怎么了，哥哥，是有什么事需要我帮忙吗？”

周杰一阵汗颜，咋就在小雅这边形成了有事才找她的观念了。

“没有，没有，事情忙完了，坐车上也没事，跟你唠唠。未来的世界是怎样的？”

“未来的世界具体是怎样的，我也不是很清楚，我只知道我的任务背景。”

“任务背景？是什么？说说看。”

“随着地球科技高速发展，地球有限的资源与各国发展的需要形成了矛盾且无法缓解，各国不得不在太阳系内寻找可利用的资源，而由于是在太空中进行建设，若是按传统的工艺：先在地球生产出相应板块，再带到太空进行拼装太耗费能源，即使将各种制作板块的机械运送到小行星带都是一件耗时耗力的事，而3D打印建设在太空中的优势非常明显。直接以增材制造的理念，建设居所，以及相应的生产设施。

在形势趋使下，中华地外建设股份有限公司经过数年的研究，开发了一系列可以在太空进行3D打印材料就地取材生产进行打印建设的机械，同时联合国华科技大学开发了操作这些机械的人工智能。

而我便是接受了指令在小行星带建设用来采集小行星带内资源的据点的若干人工智能中的一个。”

“科技发展这么快的嘛。到2060年已经可以去小行星带采集资源了。”周杰喃喃自语。

“中华地外建设股份有限公司，听起来好牛叉的样子，现在还没成立，要不要先抢先注册这个公司，哈哈哈。”周杰又突发奇想。

想到这些，周杰突然对老师交给自己的课题有了一些说不出来的感觉。

有点类似一种使命感？

“小雅，你对3D打印材料了解多少？”

“哥哥，3D打印根据不同的要求所需要使用的材料也不同的，你这么问，我也不知道怎么回答你。”

“额，那你给我说说建筑上用的材料都有什么？”

“哥哥，我在小行星带打印的时候都是用粉碎的岩石在激光加热到熔融态下，再冷却成一体。通过改变激光的强弱和照射的位置来调整打印的形状。”

“太空要的先不谈，先给我讲讲地面上的。”

“要是哥哥想了解的话，我可以搜搜网上的文献，然后给你讲下目前世界上有的建筑3D打印材料。”

“在目前的3D打印材料的分类上，主要分三大类：金属类打印材料、塑料类打印材料、混凝土类打印材料。”

“先说金属类，金属类打印材料的稳定性较好。不会出现收缩裂缝等问题，但以目前的价格来看，金属粉末打印材料的主要问题是价格昂费，市场上钛合金打印材料每千克价格在4000元以上，进口的不锈钢打印材料每千克价格在100元左右，国产的不锈钢打印材料每千克价格在500元左右。进口金属粉末的粒径比较均匀，形状为圆形，材料分层铺展比较均勾，打印效果良好。国产的金属粉末粒径不均匀，形状差异略大，在材料分层铺展时无法做到均匀，导致打印效果略差，但国产金属粉末在价格上有竞争优势。如果打印金属节点和构件，其成本将非常巨大。以不锈钢节点为例，一个节点的重量约为20千克，采用国产不锈钢打印粉末，其打印材料成本约为1万，还不包括加工费用。因此，价格因素是制约金属打印材料在建筑领域推广应用的主要因素。

第二种是塑料类打印材料，塑料类打印材料的抗拉性能和稳定性均较好，不易出现裂缝，其用作建筑材料的主要问题是耐久性不足。塑料在日晒雨淋、高温冰冻等自然条件下容易老化。房屋建筑的使用年限至少为50年，其结构构件如采用塑料打印材料制作，能否坚持50年是一个值得特别关注的问题。此外，塑料类打印材料的防火性能改进，也是一个有待于深入研究的问题。

第三种是混凝土类打印材料，混凝土是目前广泛应用的建筑材料，其抗压能力好，抗拉能力较差。因此，尽管在1824年就发明了波特兰水泥，但混凝土结构的大规模应用是直到钢筋的出现才得以实现。现在的钢筋混凝土结构体系中，在构件的受拉部位布置钢筋用以承受拉力。混凝土材料受压，钢筋受拉，两者协同工作形成一个整体。如果采用单一的混凝土类打印材料，对以承受压力为主的墙柱构件在大部分条件下是可行的，因为墙柱构件只有在大偏心受压的情况下才会出现边缘混凝上受拉，但对于梁板等受弯为主的构件显然是不合适的。

此外，由于采用单一材料，没有钢筋的抗拉作用，对于混凝土类材料来说，一旦出现裂缝就丧失了抗拉能力，就会导致构件的连续破坏。所以，打印材料本身应具有良好的抗能力，能抑制自身干缩和徐变等引起的开裂。另外，材料应具有良好的韧性。从结构的安全角度来考虑，要防止出现脆性破坏，从出现到构件损坏乃至结构倒塌，应有一定的时间和足够的变形量，以给出警示并有充足的时间方便人员撒离。

打印时，混凝土需要通过输送管道并经打印头的挤出才能成型，因此打印材料应具有良好的挤出性。在打印过程中，随着上层材料的堆积，由于重力作用会对下层材料产生压力，如果下层材料在短时间内没有形成足够的强度，也就是支撑力，就会在压力作用下产生变形。因此，打印材料还应具有较快的初凝时间和较高的初期强度，保证不出现坍塌的现象。根据3D打印建筑的技术原理，建筑材料是通过打印机喷头以挤牙膏的方式挤出，层层叠加打印，因此材料在各方向强度存在差异。层与层之间的黏结强度的强弱，决定了打印材料的力学性能是存在各向异性的，这也是打印建筑材料需要不断完善的地方。”

涉及混凝土部分的内容，周杰是很快就懂了。“所以说，3D打印所需的混凝土材料必须满足三个基本要求：首先，材料可以顺利地从打印机喷头中喷出，即保证可挤出性；其次，打印材料需要有较好的黏聚性，保证打印材料连续打印，层层叠加；最后，打印出的材料要具有快速凝固的特性，保证不出现坍塌的现象。”