如果建筑材料可以像乐高积木一样轻松组装和拆卸呢？这种可重新配置的砌体将在建筑物寿命结束时被拆卸，并重新组装成新的结构，以可持续的循环，可以为使用相同物理构建块的​​几代建筑物提供服务。

这就是循环建筑背后的理念，旨在尽可能地重复利用和重新利用建筑材料，以最大程度地减少新材料的制造并减少建筑业的“隐含碳”是指建筑物从制造到拆除的整个建造过程中的每个过程相关的温室气体排放。

现在，麻省理工学院的工程师在循环建筑的生态潜力的推动下，正在开发一种由 3D 打印、回收材料制成的新型可重构砖石结构。玻璃。该团队使用麻省理工学院衍生公司 Evenline 提供的定制 3D 玻璃打印技术，制作了坚固的多层玻璃积木，每块玻璃积木均呈 8 字形，设计成互锁结构，就像乐高积木一样。

在机械测试中，单个玻璃砖可以承受与混凝土块相似的压力。作为结构演示，研究人员建造了一堵互锁玻璃砖墙。他们设想，可 3D 打印的玻璃砌体可以作为建筑外墙和内墙的可回收砖块重复使用多次。

“玻璃是一种高度可回收的材料，”麻省理工学院机械工程助理教授凯特琳贝克尔说。“我们正在将玻璃变成砖石结构，在结构寿命结束时，可以将其拆卸并重新组装成新的结构，或者可以将其粘回打印机中并变成完全不同的形状。所有这一切都构建起来融入我们关于可持续、循环建筑材料的理念。”

前麻省理工学院研究生、麻省理工学院媒体实验室和林肯实验室的研究员、Evenline 的创始人兼主任迈克尔·斯特恩 (Michael Stern) 表示：“玻璃作为一种结构材料，有点破坏人们的大脑。”“我们向人们展示这是一个突破建筑极限的机会。”

贝克尔和斯特恩与他们的同事详细介绍了他们的玻璃砖设计学习出现在杂志上玻璃结构与工程。他们在麻省理工学院的合著者包括主要作者 Daniel Massimino 和 Charlotte Folinus，以及 Evenline 的 Ethan Townsend。

锁步

新的圆形砌体设计的灵感部分来自麻省理工学院的玻璃实验室，当时的本科生贝克尔和斯特恩首先在那里学习了吹制玻璃的艺术和科学。

“我发现这种材料很有趣，”斯特恩说，他后来设计了一台能够打印熔融回收玻璃的 3D 打印机——这是他在机械工程系学习期间承担的一个项目。“我开始思考玻璃印刷如何找到自己的位置并做有趣的事情，建筑是一种可能的途径。”

与此同时，接受麻省理工学院教职的贝克尔开始探索制造和设计的交叉点，以及开发新工艺以实现创新设计的方法。

“我对扩大具有有趣特性的挑战性材料的设计和制造空间感到兴奋，例如玻璃及其光学特性和可回收性，”贝克尔说。“只要不被污染，你几乎可以无限地回收玻璃。”

她和斯特恩联手研究是否以及如何将可 3D 打印的玻璃制成像传统砖块一样坚固且可堆叠的结构砖石单元。在他们的新研究中，该团队使用了 Glass 3D Printer 3 (G3DP3)，这是 Evenline 玻璃打印机的最新版本，它与熔炉配合使用，将碎玻璃瓶熔化成熔融的可打印形式，然后打印机以分层图案沉积。

该团队使用玻璃吹制工作室通常使用的钠钙玻璃打印原型玻璃砖。他们在每块印刷积木上安装了两个圆形钉子，类似于乐高积木上的螺柱。与玩具积木一样，钉子使积木能够互锁并组装成更大的结构。

放置在砖块之间的另一种材料可以防止玻璃表面之间的划痕或裂缝，但如果要拆除和回收砖结构，则可以将其去除，也允许砖块在打印机中重新熔化并形成新的形状。该团队决定将这些积木制作成八字形。

“通过八字形形状，我们可以限制砖块，同时将它们组装成具有一定曲率的墙壁，”马西米诺说。

踏脚石

该团队打印了玻璃砖，并在工业液压机中测试了它们的机械强度，挤压砖直到它们开始断裂。研究人员发现，最坚固的砖块能够承受与混凝土块可承受的压力相当的压力。这些最坚固的砖块主要由印刷玻璃制成，具有单独制造的联锁功能，连接在砖块的底部。

这些结果表明，大部分砌体砖可以由印刷玻璃制成，具有可以印刷、铸造或由不同材料单独制造的联锁特征。

“玻璃是一种加工起来很复杂的材料，”贝克尔说。“由不同材料制成的互锁元件在这个阶段表现出了最大的希望。”

该小组正在研究是否可以用印刷玻璃制造更多的砖块联锁功能，但并不认为这会阻碍扩大设计规模。为了展示玻璃砌体的潜力，他们建造了一座由互锁玻璃砖组成的弧形墙。接下来，他们的目标是建造越来越大的自支撑玻璃结构。

“我们对材料的局限性以及如何扩展有了更多的了解，”斯特恩说。“我们正在考虑成为建筑物的垫脚石，并希望从像亭子这样的东西开始——一种人类可以与之互动的临时结构，然后你可以将其重新配置成第二种设计。你可以想象这些块可以经历很多人生。”

更多信息：Daniel Massimino 等人，联锁玻璃砌体单元的增材制造，玻璃结构与工程（2024）。DOI：10.1007/s40940-024-00279-8

这个故事由麻省理工学院新闻转载（web.mit.edu/新闻办公室/），一个热门网站，涵盖有关麻省理工学院研究、创新和教学的新闻。