金沙城js9线路检测中心 研究人员 3D 打印可种植植物的土壤结构

有一天，也许迟早，人们建造房屋和办公室可能能够使用植入种子的金沙城js9线路检测中心 3D 打印他们的屋顶和墙壁 - 想想超大的奇亚籽宠物 - 得益于js4399金沙线的新可持续发展研究。

您可能见过带有屋顶花园和露台的建筑物，上面有树木和草地。对于建筑师和建筑商来说，将金沙城js9线路检测中心和植物移植到钢铁和水泥上是很麻烦的，尽管环境回报可能很大：花园是天然的绝缘体，吸收雨水并为人类、动物和传粉者提供绿色空间。

季马，金沙城js9线路检测中心 工程与应用科学学院材料科学与工程助理教授，他想知道：“为什么我们必须将结构或建筑物与其所处的自然环境分开？”

为了回答这个问题，马云与大卫·卡尔，金沙城js9线路检测中心 环境科学系研究教授，以及伊桑·巴哈鲁，金沙城js9线路检测中心 建筑学院助理教授。他还招收了他的一名学生 Spencer Barnes，后者作为一年级本科生加入了马云的研究小组，并于 2022 年 5 月获得了航空航天工程理学学士学位。

他们共同证明了 3D 打印由金沙城js9线路检测中心和种子制成的复杂几何结构是可行的，这是生物基建筑领域的一项关键创新。

建筑设计和建筑施工中的 3D 打印或增材制造是一个新兴市场，受到社区对绿色建筑的兴趣和对经济适用住房的需求的推动。弗吉尼亚计划就是这一趋势的例证。 Alquist 3D 是一家 3D 打印房屋建造商，推出了弗吉尼亚项目，为生活在美国偏远和服务欠缺地区的人们提供经济实惠且可持续的房屋。该公司于 4 月底在弗吉尼亚州普拉斯基 (Pulaski) 的项目破土动工，计划到 2027 年在普拉斯基 (Pulaski) 和罗阿诺克 (Roanoke) 竣工 200 套住宅。

金沙城js9线路检测中心 研究团队正在进一步推进 3D 打印，将增材制造的速度、成本效率和低能源需求与当地资源的生物基材料结合起来。这种设计理念和方法与称为循环经济的可持续发展实践相一致。

正如所解释的艾伦·麦克阿瑟基金会，循环经济通过消除废物和污染、以最高价值循环产品和材料以及再生自然，为人类和环境带来更好的成果。在我们当前的经济中，我们从地球上获取材料，用它们制造产品，并最终将它们作为废物扔掉——这个过程是线性的。相比之下，在循环经济中，我们首先会停止产生废物。

“我们转向基于金沙城js9线路检测中心的‘墨水’，以从循环增材制造中获得额外的好处，”Baharlou 说。 “我们正在处理与水混合的当地金沙城js9线路检测中心和植物；我们唯一需要的电力就是在打印过程中移动材料并运行泵。如果我们不需要打印件或者质量不合格，我们可以回收该材料并在下一批墨水中重新使用。”

循环生物基建筑依赖于在建筑中更有效地利用原材料，从而有助于减少建筑生命周期中的碳排放。建筑行业使用的大多数组件和材料不仅在其生命周期期间或之后不可适应、不可重复使用或回收，而且通常不是本地采购的。摆脱当前设计和建造建筑物的线性方法，转向圆形方法需要跨建筑、工程和施工进行研究和原型设计。

这就是巴恩斯介入的地方。

“他们付钱让我玩泥土，”巴恩斯说。

“马教授有一个非常先进的增材制造实验室，主要从事金属粉末激光打印。打印机很高端，非常精确且闪亮。然后我在角落的桌子上混合一些金沙城js9线路检测中心混合物。”

巴恩斯在js4399金沙线哈里森·格兰特的支持下用土基墨水进行了实验。他使用办公桌大小的 3D 打印机探索了两种方法，依次打印金沙城js9线路检测中心和种子，以及在打印前混合种子和金沙城js9线路检测中心。两种方法都有效。巴恩斯制作了一个圆柱形原型，大约有汽水罐大小，看起来有点像奇亚籽宠物。

Baharlou 随后提出了 3D 打印具有更复杂几何形状的金沙城js9线路检测中心结构，例如圆顶。该研究团队包括 2021 年获得建筑学理学学士学位的 Leah Kirssin 和同年获得景观设计硕士学位的 Lizzie Needham，他们测试了材料如何从打印机头或喷嘴中喷出，这一过程称为挤出，并且在金沙城js9线路检测中心混合物中不添加任何添加剂。这些集体努力表明，3D 打印的金沙城js9线路检测中心结构可以支持植物生长，但可能仅限于在很少的水下就能生存的植物。

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“3D 打印的金沙城js9线路检测中心往往会更快地失水，但对水分的附着力更强，”马说。 “因为 3D 打印使植物周围的环境变得更加干燥，所以我们必须将喜欢干燥气候的植物纳入其中。我们认为这种情况的原因是因为金沙城js9线路检测中心被压实。当金沙城js9线路检测中心通过喷嘴被挤压时，气泡被推出。当金沙城js9线路检测中心失去气泡时，它会更紧密地保持水分。”

当植物需要水时，它必须与金沙城js9线路检测中心争夺水分，施加一些压力将水从金沙城js9线路检测中心中吸引到根部。同时，金沙城js9线路检测中心自身施加压力来保持水分，称为基质势。到底是植物还是金沙城js9线路检测中心赢得这场拉锯战，取决于金沙城js9线路检测中心的类型、植物的品种和植物的成熟度。为了确定哪些植物可以在 3D 打印的金沙城js9线路检测中心中生长，Barnes 结合了提取水所需的能量植物的数量，探索了金沙城js9线路检测中心中水随时间的相对可用性。

为了找到金沙城js9线路检测中心和种子的正确组合，马云联系了卡尔，卡尔是弗吉尼亚州克拉克县环境科学实地站布兰迪实验农场的主任。

“我的一些学生已经使用 3D 打印来制造设备，在蜜蜂进入蜂巢时收集它们的花粉，但我从未想过你可以打印出具有生物活性的东西，”卡尔说。

卡尔提供了有关一系列金沙城js9线路检测中心特性的早期建议。除了保持水分外，金沙城js9线路检测中心还需要积累有机物质并储存养分。它还需要让植物在打印的结构上扎根，这样一旦它们达到任何尺寸，它们就不会消失或被冲走，或者干燥和死亡。

卡尔提出自然生长在生命极限地区的植物——几乎生长在裸露岩石上的本土植物。卡尔说：“绿色屋顶倾向于那些善于在这些非常恶劣的条件下生活、在阳光下烘烤的物种。” “从这项研究中，我们可以了解到很多关于绿色屋顶如何有效地帮助雨水、冷却以及为传粉媒介和其他昆虫提供栖息地的信息。”

Carr 推荐景天作物作为 3D 打印金沙城js9线路检测中心结构的良好候选者。景天植物，正式名称为景天属，通常用于绿色屋顶设置。景天的生理机能与仙人掌相似。它可以在很少的水下生存，干燥并干燥到一定程度，然后恢复。

团队发布了结果，生态活性金沙城js9线路检测中心结构的 3D 打印，发表于今年早些时候的《增材制造》杂志上。巴恩斯是该团队论文的第一作者，作为斯坦福大学机械工程专业的研究生，他将继续帮助解决具有重大影响的重大问题，他计划在那里专注于高超音速飞行和推进研究。

“我非常喜欢与马博士和团队其他成员一起工作，”巴恩斯说。 “来自不同学科的专家的结合最终形成了一个具有巨大潜在影响的独特项目。我希望在进入研究生院时继续与类似的跨学科团队合作。”

Ma、Baharlou 和 Carr 此后利用两项 3Cavaliers 计划拨款扩大了他们在 3D 打印土壤结构方面的研究。 金沙城js9线路检测中心 的研究副校长办公室建立并管理 3Cavaliers 资助计划，以帮助来自不同学校的教师一起工作。

Ma 和 Baharlou 之前曾与土木工程副教授兼 3Cavliers 资助首席研究员 Osman Ozbulut 合作，开发 3D 打印技术水泥基建筑结构.

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在建筑学院制造实验室 (FabLab) 的支持下，Baharlou 利用 3Cavaliers 的这笔资助建立了增材制造制造系统，用于 3D 打印大型结构。制造系统的核心是一个工业机器人，其工作范围为 3 至 4 英尺，可以根据建筑师的结构预期目标（例如空间、功能和几何形状）沉积定制材料。 Baharlou 修改了该系统，创建了一台打印机，将挤出机与工业机械臂相结合，以进行金沙城js9线路检测中心结构实验。

最近，Ma 和 Baharlou 与 金沙城js9线路检测中心 机械与航空航天工程教授 Tomonari Furukawa 一起获得了 3Cavaliers 资助，以从事以下方面的研究生态建设。他们设想将 Baharlou 的 3D 打印系统安装在移动机器人上。移动平台可以实现 3D 打印多边复杂结构，例如蛇形墙。 Baharlou 和 Ma 还在使用包括大麻在内的其他可生物降解材料进行实验。

“研究副总裁办公室的团队在促进建筑师和工程师之间的合作方面发挥了重要作用，”巴哈鲁说。 “我们的合作项目不仅仅是展示如何使用当地材料并提高快速制造的建筑的施工质量。我们的跨学科整合通过推进生物基材料的应用为社会和人类带来帮助。”

3Cavaliers 资助的一个好处是示范效应，使研究人员能够收集数据并构建原型，从而获得美国国家科学基金会等主要资助机构的奖励。马云、巴哈鲁和卡尔对推进这一研究议程持乐观态度。下一步包括为更大的结构（也许一层楼高）配制金沙城js9线路检测中心墨水，预计这种更大的尺寸将加剧金沙城js9线路检测中心开裂等问题。他们还尝试在墙板内分层使用多种材料来隔热内墙并保持外墙的湿度。

“无论是什么材料——塑料、金属、粘土、金沙城js9线路检测中心或植物——最终都是材料问题，”马云说。 “增材制造工艺在您所使用的材料系统中创造了不确定性和机会，这与传统系统不同。您可以通过不同的方式来解决这个问题。您可以尝试避免它并害怕它。或者您可以尝试控制它并利用它。这是我们研究计划的长期目标。”