在Hönggerberg校区的研究和机器人ArchTec实验室的主厅里，几个机械臂悬挂在屋顶上，而半成品的米色弯曲结构(让人想起沙雕)点缀在地板上。在房间的一侧，神秘的部件从木箱中伸出。
帕特里克·贝达夫(PatrickBedarf)站在其中一个板条箱前。他在BenjaminDillenburger教授的数字建筑技术小组工作，并于9月底完成了博士学位。作为博士论文的一部分，他研究了如何制造轻质绝缘建筑元件(尤其是更复杂的形状)以减少材料。
为此，他使用了ETH衍生公司FenX使用回收工业废料生产的可持续绝缘材料。“我们使用的矿物泡沫是一种创新的建筑材料，有助于打造更加气候友好的行业，”贝达夫解释道。
泡沫主要由粉煤灰制成，粉煤灰是工业高炉的废品。“因此，这种材料已经经历了第一个材料循环，并且可以在使用后简单地回收利用，”贝达夫解释道，并用手指捏碎了他刚刚从木箱中取出的随机组件。“这种材料现在可以作为新型泡沫重复使用。”
该研究发表在《3D打印和增材制造》杂志上。
使用更少的材料
隔热墙元件的生产是一个可持续的过程：博士研究员使用3D打印来减少材料浪费和CO2排放。“不再需要浇注材料所需的模板。模板非常耗时，而且之后只能部分重复使用，”贝达夫说。在生产更复杂的几何形状时，过度浪费是一个特殊的挑战。
Bedarf解释说，将3D打印与机器人技术相结合还可以廉价生产定制建筑部件。“如果没有自动化，节省材料的传统施工方法非常耗时且昂贵，特别是由于劳动力成本。”
研究人员展示了一些用3D打印机生产的硬化泡沫的初始样品。“以这块看起来像披萨的东西为例，”他指着一个扁平的圆盘说道。“我们首先打印了几种不同类型的小“披萨”，然后转向更大的披萨，看看3D打印生产的泡沫是否也适合大规模应用。
图片来源：苏黎世联邦理工学院
整个房间大小的3D打印机
如果有人在机器人实验室中寻找典型的3D打印机，那么他的搜索结果将会是徒劳的：整个房间都可以用作3D打印机。灵活的混合室确保原材料的正确混合。悬挂在屋顶上的机械臂末端装有打印机头，可将材料逐层打印到打印床上。“机器人可以精确导航到房间中的每个预定义点，”贝达夫解释道。“我们对相关路径进行编程，并指定它们行进的位置、速度、以及从打印机头流出的材料量以及时间和地点。”
在最初的试验中，贝达夫使用混凝土来加固定制的建筑部件。然后，他成功地仅使用泡沫生产出坚固的组件，如Airlement项目原型所示：一个两米高的整体角柱，由四个3D打印部件制成。这四个单独的部件用砂浆粘在一起，然后喷涂白色无水泥抹灰。
Airlements——一个结合了“空气”和“元素”的文字游戏——由轻质的独立部件组成，这些部件很容易手动提起并堆叠在一起。贝达夫说：“建筑部件可以在工厂简单地打印出来，然后运输到建筑工地并放置在需要的地方。”“为了使部件更加坚固，空心芯可以用高密度矿物泡沫铸造，最终使其足够坚固，可以充当承重结构。”迄今为止，Airlements只能用作内墙或外墙的隔热部件。
“就像在桑拿房一样”
每个单独的原型在不到一小时的时间内打印完毕，并在控制温度为20°C–28°C、相对湿度为20%–70%的制造环境中硬化一周。调节空气湿度和温度对于确保材料正确硬化且不易破裂非常重要。
Bedarf为此开发了一个特殊的气候室：一个大型透明的帐篷状结构，机器人在其中沿着预定的打印路径移动。“到处都是雾气和灰尘，就像在热桑拿中一样，”他说，并指出这种新的生产方法不再需要能源密集型加工。“这是对早期无水泥泡沫工作的进步，后者要么必须用水泥硬化，要么随后在烤箱中高温固化。”Airlements的波纹纹理在硬化过程中和最终状态下提供了额外的稳定性。
Airlements最终可以用于可持续建筑：一方面，隔热材料可以减少建筑物的能源消耗。另一方面，与传统的建筑部件制造方法相比，3D打印产生的废物更少，并且不再需要混凝土模板(这会对环境造成破坏)。最后，Airlements完全不含水泥，确保了可持续建设。“如果不再需要建筑部件，它可以被完全粉碎并还原为灰尘，准备加工成新的泡沫。”
激励其他人用机器建造
Bedarf现在希望继续与FenX一起开发Airlements。他们位于图尔吉的工厂将建造一条专用生产线。“我们将彻底分析其承载能力和隔热性能，以确定这种材料如何作为封闭房间中的墙体元件。红外测量将帮助我们确定隔热效果可以进一步改进的地方，以及如何通过以下方式消除任何弱点：调整打印路径。”
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