水泥、粉煤灰、硅灰、外加劑、鋼纖維等六七種不同原料依次加入水泥攪拌機，一旁通過泵管相連的3D打印機以這種新型混凝土為“油墨”，按照規(guī)定路線將其擠出。不到兩小時，一個免模板數(shù)字化成型、曲面線條靈動自然的3D打印非機動車車棚呈現(xiàn)在記者眼前。
“這款新型車棚所使用的超高性能混凝土（UHPC）是我們的最新研究成果。這種材料抗彎強度高，具有很強的防火、抗爆和抗沖擊能力。”東南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授張亞梅介紹，超高性能混凝土的不少原料都是工業(yè)副產(chǎn)品，粉煤灰是電廠出來的，硅灰是硅鐵合金廠出來的，這些工業(yè)廢棄物到了這里成了“寶貝”。
作為南京綠色增材智造研究院的主要技術(shù)支持力量，張亞梅團隊嘗試將這種超高性能材料用于大尺度構(gòu)件3D打印。而這并不是張亞梅團隊第一次挑戰(zhàn)“不可能”。建成國內(nèi)首個3D打印綠色裝配式智慧建筑，打造國內(nèi)首例原位3D打印可交付二層單體建筑……在張亞梅看來，將固廢綠色再利用技術(shù)和3D打印技術(shù)相結(jié)合，本身就是建筑領(lǐng)域的一次變革。
傳統(tǒng)澆筑建造中，工人需先立起模板，然后放置鋼筋籠，澆筑混凝土并待其硬化后再將模板拆除，整個流程大量依賴人工，勞動效率較低。記者了解到，一個構(gòu)件中模板成本約占建造總成本15%—20%，當(dāng)建筑的造型不規(guī)則時，模板只能一次性使用，這也造成了浪費。據(jù)統(tǒng)計，我國每年建筑垃圾產(chǎn)生量近35億噸，占城市垃圾總量的30%—40%，但回收利用率卻很低。
能否在對傳統(tǒng)建造模式轉(zhuǎn)型升級的同時，實現(xiàn)建筑垃圾資源化利用？“現(xiàn)實中，搞設(shè)備的不懂材料，搞材料的缺少設(shè)備?！睆垇喢氛J(rèn)為，傳統(tǒng)建筑行業(yè)要向3D智能建造轉(zhuǎn)型，需要梳理解決材料研發(fā)、打印設(shè)備再到應(yīng)用端的全產(chǎn)業(yè)鏈問題。2018年，張亞梅團隊與南京嘉翼精密機器制造股份有限公司團隊達成合作。兩支團隊攜手南京江北新區(qū)產(chǎn)業(yè)技術(shù)研創(chuàng)園管委會，組建南京綠色增材智造研究院，共同攻克固廢綠色再利用技術(shù)與建筑3D打印技術(shù)融合的難關(guān)。
“制造一臺3D打印機器不算難，難的是材料的選擇。第一臺機器建好后，我們花了8個月才拿到合適的打印材料?！蹦暇┘我矶麻L李進坦言，3D智能建造對材料要求特別高，混凝土硬化時間尤為講究，工廠此前曾嘗試自制打印材料，但均以失敗告終?！爸钡綇埥淌趫F隊研發(fā)的新材料加入，我們的機器才真正有了用武之地?！崩钸M說。
再生粗骨料、再生磚粉、再生砂、尾礦砂……南京綠色增材智造研究院三樓的材料研發(fā)實驗室里，張亞梅向記者展示十多種3D打印原材料。為適應(yīng)不同場景，張亞梅團隊反復(fù)進行測試，不斷改良用于3D打印的混凝土配方。“各類廢棄物來源復(fù)雜、性能不穩(wěn)定，資源再利用時必須要考慮其長期性能，需要掌握好添加尺度。針對不同項目需求，我們將不同廢棄物復(fù)合使用，讓材料為建筑服務(wù)。這也是我們材料研發(fā)與后端應(yīng)用緊密結(jié)合的優(yōu)勢。”張亞梅說。
南京市六合區(qū)雄州街道靈巖社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心是一座二層小樓，紅藍兩色、波浪曲線型的外觀格外搶眼。這個去年完成的項目是國內(nèi)首個真正意義上可居住的原位3D打印二層建筑?！安煌谝酝诠S打印好構(gòu)件后現(xiàn)場進行裝配式安裝，這個項目需要在現(xiàn)場原位進行3D打印，這也就意味著所有的突發(fā)情況只能在現(xiàn)場解決?！崩钸M回憶，在項目現(xiàn)場各種天氣環(huán)境下，添加粗骨料的打印材料泵送難度倍增，出現(xiàn)泵管爆裂、材料未擠出即凝固等狀況。雙方團隊就地調(diào)整原料配比，問題一一得到解決。
3D打印設(shè)備及材料的迭代創(chuàng)新，不斷激發(fā)建筑業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力。相較傳統(tǒng)澆筑建造，3D打印建筑的碳排放量降低約39%，是建筑全生命周期實現(xiàn)碳中和的重要一環(huán)。去年3月，南京嘉翼帶著3D打印機器與產(chǎn)品首次“出海”，受到眾多國外企業(yè)關(guān)注。同年9月，團隊正式簽約進駐中阿（聯(lián)酋）產(chǎn)能合作示范園。李進表示，項目投用后，預(yù)估一條生產(chǎn)線年處理建筑垃圾50萬—60萬噸，年利潤可達5000萬元。
“發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力不是忽視、放棄傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)。3D打印建造讓建筑建造的生產(chǎn)效率和新材料的使用效能大幅提高，城市固廢再利用技術(shù)則讓智能建造更綠色低碳?！崩钸M說。企業(yè)團隊已經(jīng)實施百余個3D打印項目，共擁有相關(guān)核心專利技術(shù)121件（其中發(fā)明30多件），13條生產(chǎn)線分布在國內(nèi)9個省及阿聯(lián)酋、加拿大、新加坡等多個國家和地區(qū)。
產(chǎn)業(yè)要“走出去”更要“落下來”。“在這過程中，所有技術(shù)都要相當(dāng)成熟才能做大規(guī)模推廣應(yīng)用。我們希望在一個個示范項目中不斷改進技術(shù)，并通過一系列標(biāo)準(zhǔn)的制定，加快推進智能建造技術(shù)的推廣應(yīng)用?！睆垇喢氛f。
