背景

　　目前處理這個(gè)世界上的垃圾比以往任何時(shí)候都更重要。例如，在石灰石采石行業(yè)，已被認(rèn)定有價(jià)值的垃圾大約占80%到90%。為了持續(xù)處理這大量寶貴的石灰石垃圾，Jack Biltcliffe與ASTUDIO及波特蘭雕塑和采石信托機(jī)構(gòu)共同合作開發(fā)出了Novi。這是一種新的3D打印裝置，被用于地面上的石灰漿擠壓工作。這個(gè)項(xiàng)目目前已經(jīng)成為倫敦布魯內(nèi)爾大學(xué)（Brunel University London）本科學(xué)位項(xiàng)目的一個(gè)重要部分。

　　開采石灰石——一種低效工藝

　　建筑業(yè)是石灰石開采的主要市場，目前該行業(yè)為石灰石提出了更高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和要求。采石和砌筑階段效率低下引發(fā)浪費(fèi)，在很大程度上由于石灰?guī)r是包含許多斷層的天然材料。對于采石場來說繞開那些缺陷是不合算的，因此需要提取有缺陷的石頭，而這往往會(huì)導(dǎo)致浪費(fèi)。整個(gè)采石過程以一個(gè)極快的速度產(chǎn)生廢物，因此需要很大區(qū)域存儲(chǔ)和處理廢物。當(dāng)累積了足夠大的數(shù)量后，這些廢棄的石頭就可以被送進(jìn)粉碎機(jī)里轉(zhuǎn)換成集料。

　　與波特蘭島合作

　　波特蘭島周圍已建成石灰石采石產(chǎn)業(yè)。波特蘭石是一種受歡迎的石灰石，一些著名的建筑，如圣保羅大教堂（位于英國倫敦）就是使用它作為建筑材料的。通過在波特蘭島接觸某些機(jī)構(gòu)如波特蘭雕塑和采石信托機(jī)構(gòu)（PSQT），這個(gè)項(xiàng)目已經(jīng)能夠與采石場合作并參與島上令人激動(dòng)的再生項(xiàng)目。這個(gè)項(xiàng)目的目的是通過對采石過程中產(chǎn)生的廢料進(jìn)行再利用，并將其3D打印成雕塑作品，來為波特蘭島上的資源再生提供幫助。

　　石灰膏擠出工藝開發(fā)

　　通過一系列的迭代實(shí)驗(yàn)，一個(gè)石灰膏擠出工藝被開發(fā)出來，它是倫敦布魯內(nèi)爾大學(xué)本科學(xué)位重點(diǎn)項(xiàng)目的一部分。起初開發(fā)人員觀察到在石塊切割過程中細(xì)粒度的石灰石可以與冷卻液混合，形成石灰石漿液。漿液之后被干燥，然后完全硬化結(jié)合在一起。這種干燥漿液的方法可以被用于糊膏擠出，甚至可用于最終的3D打印。

　　材料的開發(fā)

　　純石灰?guī)r3D打印的試驗(yàn)面臨許多挑戰(zhàn)。例如，打印的對象一旦與水接觸就會(huì)再次瓦解成泥漿。結(jié)構(gòu)試驗(yàn)還表明，純石灰?guī)r部件的張力極弱。通過添加其他化合物來優(yōu)化該材料的開發(fā)工作一直在持續(xù)，目前已經(jīng)有積極的結(jié)果。

　　3D打印機(jī)的開發(fā)

　　3D打印石灰石物體的第一次物理實(shí)驗(yàn)涉及到一臺(tái)Mendel90桌面3D打印機(jī)，該機(jī)器使用10ml注射器作為一種控制糊膏擠出的方式。經(jīng)過優(yōu)化注射器裝置并設(shè)法成功地用石灰石打印，開發(fā)人員很快就發(fā)現(xiàn)由于干燥時(shí)間比較長，如何安全獲得打印對象是一個(gè)問題。小尺寸的試驗(yàn)對象必須干燥超過12個(gè)小時(shí)后才能被處理或從建造板上移除。這意味著由于打印品需要干燥，3D打印機(jī)不能長時(shí)間使用。為了減少打印機(jī)上的等待時(shí)間，需要進(jìn)一步研究該機(jī)器的三軸運(yùn)動(dòng)機(jī)制。為此研究人員們選擇了類似SCARA機(jī)器人的機(jī)械控制方式。SCARA機(jī)器人通常被用作流水線上的搬運(yùn)機(jī)器人，它雙臂可以通過協(xié)作定位XY位置。開發(fā)人員在此基礎(chǔ)上開發(fā)出了一種被稱為Novi的定制CARA機(jī)器臂。與傳統(tǒng)的3D打印機(jī)不同的是，它并沒有被限制在一個(gè)固定的構(gòu)建板上，而是任何平面都可以成為一個(gè)構(gòu)建板，之后打印機(jī)可以移動(dòng)到一個(gè)新的構(gòu)建板上。

　　大型擠出機(jī)

　　一個(gè)更大版本的糊膏擠壓機(jī)緊接著Novi被開發(fā)出來，使其可以進(jìn)行更大尺寸的打印。新的擠出系統(tǒng)是建立在以前的系統(tǒng)上的，一個(gè)200ml容量注射器被安裝在機(jī)械臂末端。選用注射器的好處是易于使用、價(jià)格便宜，而且便于控制。

　　應(yīng)用

　　這個(gè)項(xiàng)目有希望通過使用廢料進(jìn)行3D打印雕塑創(chuàng)作來幫助波特蘭島的資源再利用工程。目前開發(fā)人員正在進(jìn)行進(jìn)一步研究，以實(shí)現(xiàn)更雄心勃勃的設(shè)計(jì)，并探討其他可能影響建筑行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用。