由建筑和景观设计专业的学生设计的创新花盆和座椅，使用替代胶结材料（非波特兰水泥）进行3d打印，现在在Ames的Reiman花园永久展出。

2024年春季学期结束时，爱荷华州立大学（Iowa State University）学生创新中心（Student Innovation Center）新安装的花盆里盛开着鲜艳的金色和紫色花朵，迎接着前来参观的游客。

离马斯顿水塔仅几步之遥，黄色的喇叭水仙花、薰衣草葡萄风信子和绿色的迷迭香宣告着春天的到来。 但是那些盛开着鲜花的花盆同样引人注目。

这些白色的混凝土容器由ISU的本科生和他们的教授用3D打印机制造，以创新的方式融合了技术和艺术，让人们得以一窥3D打印改变建筑和基础设施的潜力。 Part of a multifaceted research project, the ongoing work was summarized in an exhibit during the Student Innovation Center’s third annual IGNITE Showcase.

Shelby Doyle是建筑学副教授和Stan G. Thurston Design Build教授，他的工作室班设计了这些花盆，他与一个由学者、学生和行业合作伙伴组成的团队合作，试验混凝土3D打印。

爱荷华州立大学的研究已经获得了大量的资助，并包含了广泛的方法，旨在将新兴技术发展成为可靠和有用的工业工具。 正如设计复杂的花盆所证明的那样，3D打印可以生产出具有惊人美学和实用价值的物品。 但关于这项技术如何融入建筑、住房和景观生态系统的大问题仍然存在。

什么是可持续的3D打印材料？ 建筑师和建筑专业人士如何获得3D打印的经验？ 3D打印如何降低建筑成本和材料浪费，并更快地应对自然灾害？

爱荷华州立大学的教师试图回答这些问题和其他问题，作为广泛的合作研究工作的一部分，被称为3D可负担创新技术（AIT）住房项目。

The effort gained steam in 2022 when the Iowa Economic Development Authority awarded the research team — led by Pete Evans, assistant professor of industrial design, and Julie Robison, assistant director of the College of Design’s Institute for Design Research and Outreach — $2.1 million in grants to work with 爱荷华中央社区学院 in Fort Dodge and private construction firm Brunow Contracting.

赠款用于资助设备和材料； 材料和技术的研究和测试； 课程开发; 和示范构建，以了解混凝土3D打印的挑战和价值。

“This also includes identifying areas of improvement, such as reducing the carbon footprint of cementitious materials, as a method to fully realize the potential of additive construction (3D printing),” Doyle said.

从种植者到灾难应对

一个示范棚子的特点是传统的木结构建筑与3d打印的混凝土墙并置，部分立面是由地面退役的风力涡轮机和玉米秸秆灰制成的砖。

增材3D打印是由自动化机器根据设计规格逐层沉积材料的过程。 这个过程允许创造复杂的形状和物体，同时产生比传统制造更少的浪费。 一些3D打印机使用塑料，但多伊尔正在研究的这种打印涉及替代胶凝材料（非波特兰水泥）。

去年秋天，多伊尔教授了一个四年级建筑工作室的学生，他们设计了花盆，这些花盆是在盐湖城与商业景观元素3D打印公司PIKUS 3D合作打印的。 这些花来自埃姆斯的雷曼花园（Reiman Gardens），花盆现在在那里永久展出。

展览中包含的座位，现在也在Reiman花园，是今年春天在ISU计算和建筑实验室（CCL）的校园设计和印刷的，该实验室是一个跨学科的工作室，由建筑和景观建筑专业的五年级学生和研究生组成。

IGNITE展览上的增强现实装置将观众连接到位于通信大楼外的3d打印演示棚，CCL就在那里。 为了完成小屋，跨学科工作室的学生们设计并建造了一堵砖墙，砖墙由爱荷华州的两种废物制成：地面退役的风力涡轮机和玉米秸秆灰烬。 这项学生研究是为爱荷华州社区开发本地低碳材料的重要一步，这些材料可用于房屋的添加剂建筑和防灾准备。

爱荷华州立大学的团队已经吸引了额外的资金来探索3d打印混凝土的潜在好处。 例如，Doyle已经开始与联邦紧急事务管理局（Federal Emergency Management Agency）提供的近17万美元赠款相关的工作，为3d打印混凝土作为建造公共紧急避难所的一种手段奠定基础。

多伊尔说，许多社区目前依靠体育馆和其他大型而昂贵的基础设施作为风暴避难所。 他们的愿景是在公园或其他公共场所附近建造混凝土结构，作为一个安全的空间，供那些在龙卷风或龙卷风等灾害袭击时无法进入坚固地下室的人寻求庇护。

试验场

4月下旬，突然积聚的压力导致一根将混凝土砂浆泵入大型3D打印机的软管爆裂，砂浆四处飞扬。 一周后，在道奇堡爱荷华中央社区学院东校区的高架仓库的地板和天花板上，爆炸的证据仍然存在。

爱荷华中央社区学院的学生诺亚·尼迈耶和爱荷华州立大学工业设计助理教授皮特·埃文斯正在校准一台ErectorBot 3D打印机。

埃文斯是3D AIT住房项目的首席研究员，他已经用这款打印机进行了一年多的试验，把道奇堡仓库变成了这项新技术的试验场。

ErectorBot 3D打印机可以覆盖大约38英尺乘36英尺的区域，最高可达11英尺。 埃文斯说，在美国，像这样的建筑3D打印机屈指可数，而且，有了这样的新兴技术，像软管爆裂这样的挫折几乎是不可避免的。

“We’re finding the weak points of the system so we understand what to look out for,” he said. “Every single time we print something, it’s a lesson.”

埃文斯和他的同事们正在研究的一系列技术包括3D打印、机器人和自动无人机。 随着工作的继续，人工智能也将加入其中。 这些技术有望在建筑设计和建造方面创造新的效率，但这些技术仍然不成熟。 测试它们并将它们传授bet365中文他人是一项重大任务。

一袋袋的混凝土混合物高高堆放在仓库的角落里，巨大的打印机旁边的一个托盘上展示了一个近七英尺的正方形，上面放着一个由机器生产的混凝土结构的底座。 基地的特点是尖锐的直角，其中一面墙上有一个入口的缺口。 It represented another step in the research group’s efforts to fill in the knowledge gaps about what kind of materials work best in such large printers and what kind of workforce will be necessary to make the technology viable for construction companies.

Part of the project’s mission is to develop curricula to teach students and construction professionals how to integrate 3D printing and associated technologies into the worksite. The initial courses, titled “Additive Construction Management 1 and 2,” work together to prepare students and builders to help employers make use of 3D printing.

All the coursework and materials developed by the Iowa State team — which includes staff and faculty from ISU Extension and Outreach and the School of Education — are open source and available to anyone who wants them, meaning other community colleges can use them to build their own curriculum.

“We want to train students not for next year, not for the next five years, but for the next 20 years, so we need to look at what’s coming, and [additive construction] is definitely coming,” said Dan Oswald, who heads the carpentry program at 爱荷华中央社区学院 and teaches the new Additive Construction Management courses there.

爱荷华州中央社区学院讲师Dan Oswald（中）和学生Noah Niemeyer和Dairin Oropeza Lopez试行了由爱荷华州立大学团队开发的前两门增材施工管理课程。

爱荷华中心的两名学生在上个学年完成了试点课程。

社区学院已经为参加这些课程的学生提供了奖学金，奥斯瓦尔德希望随着新课程的传播，将奖学金扩大到更多的学生。

The courses address a vital need to develop a workforce in Iowa that’s proficient with the latest technologies capable of expanding available housing in rural Iowa and rebuilding communities after natural disasters, said Robison, the 3D AIT Housing Project manager and principal investigator on the curriculum development part of the IEDA grant.

“There’s great concern for putting housing on the ground quickly and at reasonable prices for people most in need,” she said. “There’s also concern for restoring capacity when we lose housing because of disaster. We’re working on building a workforce that’s prepared to respond to those needs.”

罗宾逊说，该团队还为K-12学生开发了材料，向年轻人介绍3D打印的基础知识。 这些模块通过狗屋和树屋的儿童友好课程说明了3D打印在建筑方面的潜力，课程计划已分发bet365中文K-12教育工作者和4-H团体。

这个过程正在一层一层、一步一步地出现。 围绕使3D打印在爱荷华州的住房中可行所需的技术、材料和劳动力的问题正在成为焦点，而ISU的研究人员正致力于创新和合作。

“We’re really wrestling with those things, and we haven’t arrived at answers yet,” Evans said. “But we’re getting there.”