工程师们创造了一种新的创新砖石，这种砖石是可重构的，采用3D打印的回收玻璃构建。这些砖块可以多次重复使用于外立面和内部结构。
想象一下，如果建筑材料可以像乐高积木一样轻松组装和拆卸？这种可重构的砖石概念涉及在建筑寿命结束时拆解建筑，并重新利用其组件建造新建筑，促进可持续循环，为几代人提供相同的建筑单位。
这一概念是循环建筑的一部分，强调重复使用和再利用建筑材料，以限制对新材料的需求，并减少“内含碳”，即与建筑过程相关的所有温室气体排放，从创造到拆除。
受循环建筑潜力的启发，麻省理工学院的工程师们正在研发一种由3D打印回收玻璃制成的新型可重构砖石。借助Evenline，这是一家专注于定制3D玻璃打印技术的麻省理工学院衍生公司，团队生产了坚固的多层玻璃砖，形状像数字8，这些砖设计成可以互锁，类似于乐高积木。
在机械测试中，一块玻璃砖能够承受与混凝土块相当的压力。作为一个实际示例，团队使用这些互锁的玻璃砖建造了一堵墙。他们相信这种可3D打印的玻璃砖石可以重复用于建筑外立面和内部墙壁。
“玻璃是高度可回收的，”麻省理工学院机械工程助理教授凯特琳·贝克解释说。“我们将玻璃转化为砖石，在其生命周期结束时可以拆解并重新组合成新的结构，或者可以返回打印机完全重塑。这与我们对可持续、循环建筑材料的愿景完全契合。”
麻省理工学院的前研究生和Evenline创始人迈克尔·斯特恩提到，“将玻璃用作结构元件对于某些人来说确实令人震惊。我们展示了拓展建筑设计边界的潜力。”
贝克和斯特恩以及他们的合作伙伴在最近发表在《玻璃结构与工程》期刊上的一项研究中介绍了他们的玻璃砖设计。他们的麻省理工团队包括首席作者丹尼尔·马西米诺和夏洛特·福林斯，以及Evenline的伊桑·汤森德。
锁步
这种新的循环砖石设计的概念部分源于麻省理工学院的玻璃实验室，贝克和斯特恩在本科期间第一次接触玻璃吹制。
“我觉得这种材料很吸引人，”斯特恩表示，他后来设计了一种能够处理熔融回收玻璃的3D打印机，同时学习机械工程。“这激发了我对玻璃打印在建筑等各个领域独特应用的兴趣。”
与此同时，贝克在接受麻省理工学院的教职后，开始研究制造与设计的交集，以创造促进新设计的创新过程。
“我热衷于拓宽具有独特特征的挑战材料的设计和制造领域，例如玻璃及其可回收性，”贝克分享道。“只要保持无污染，玻璃几乎可以无限回收。”
贝克和斯特恩合作探讨是否可以将3D打印玻璃开发为类似传统砖块的耐用和可堆叠的结构砖石。为了他们的研究，团队使用了Evenline最新版本的玻璃3D打印机3（G3DP3），它与熔炉协同工作，将碎玻璃瓶熔化成适合打印的熔融形式，以分层配置进行打印。
团队使用苏打石灰玻璃这种在玻璃吹制工作室常用的材料生产了原型玻璃砖。他们在每个打印的砖块上添加了两个圆形插销，类似于乐高积木上的钉子。这些插销允许砖块互锁并创建更大的构造。此外，砖块之间放置的材料有助于防止玻璃表面的划伤或裂缝，但如果结构需要拆解和回收，可以去掉该材料，方便将砖块重新熔融成新形状。最终，他们为砖块选择了数字8的设计。
“数字8的形状让我们在将砖块组装成带有柔和曲线的墙时更稳固，”马西米诺解释道。
垫脚石
团队使用工业液压压力机打印并测试玻璃砖的机械完整性，压力机施加压力直到砖块开始破裂。他们发现最耐用的砖块能承受与混凝土块相当的压力。这些最强的砖块主要由打印玻璃组成，另一个材料的互锁组件单独添加到底部。研究结果表明，砖石的大部分可以由打印玻璃制成，而它的互锁部分可以通过各种方法创建——无论是打印、铸造，还是使用不同材料单独制造。
“玻璃的处理可能相当困难，”贝克承认。“互锁组件是用另一种材料制成的，目前显示出最光明的前景。”
团队正在研究提高由打印玻璃制成的互锁特征比例的可能性，但他们并不认为这个问题是扩大设计规模的障碍。为了展示玻璃砖石的可行性，他们制作了一面由互锁玻璃砖组成的曲墙。下一个目标是建造更大的独立玻璃结构。
“我们现在对材料的局限性和扩展过程有了更清晰的理解，”斯特恩说。“我们设想迈出建筑施工的中间步骤，从一个临时的展馆结构开始，让人们可以参与，并且之后可以重新配置成不同的设计。这些砖块在整个生命周期中有多种使用潜力。”
这项研究得到了博斯研究基金会和麻省理工学院研究支持委员会的支持。
