En konstruktionsbrygga för 3D-skrivare hjälper till att bygga ett hus i Houston som kommer att bli den första flervånings 3D-utskrivna strukturen i USA, som också innehåller träram i en ny hybriddesign. Kredit:Leslie Lok och Sasa Zivkovic
Genom att hälla lager av betong som rader av tandkräm fortsatte en 3D-skrivare i industriell storlek denna vecka att lägga till en andra våning till ett hus i Houston som kommer att bli den första tryckta strukturen i flera våningar i USA.
Utöver denna prestation säger formgivarna Leslie Lok och Sasa Zivkovic, biträdande professorer i arkitektur vid College of Architecture, Art and Planning (AAP) och medrektorer för HANNAH Design Office, att enfamiljshuset i två våningar är demonstrerar innovativa byggprocesser som kan skalas upp till flerfamiljs- och blandad användning, vilket hjälper till att åtgärda bostadsbrist.
Deras första hybriddesign i sitt slag kopplar samman strukturella element bestående av 3D-tryckt betong med konventionella träramar som är representativa för de flesta bostadsbyggande i USA. Kombinationen visar hur varje material kan användas där det fungerar bäst, med minimalt avfall, för att skapa byggnader som är effektiva, motståndskraftiga mot allt intensivare väderhändelser och potentiellt mer överkomliga.
"Vår hybridkonstruktionsmetod skapar ett byggnadssystem som är strukturellt effektivt, lätt replikerbart och materiellt lyhört," sa Lok. "Projektet belyser också den spännande designpotentialen hos massanpassade arkitektoniska komponenter för att möta husägares behov och för att förenkla integration av byggnadssystem."
Lade till Zivkovic:"Dessa designinsatser syftar till att öka effekten, användbarheten, hållbarheten och kostnadseffektiviteten av 3D-utskrift för framtida bostads- och flerfamiljshus i USA."
En COBOD BOD2 3D-konstruktionsskrivare bygger strukturella delar av ett hus i Houston som kommer att bli den första flervånings 3D-utskrivna strukturen i USA. Kredit:Leslie Lok och Sasa Zivkovic
Den 12 september inbjöds mediamedlemmar att observera framstegen när det gäller att skriva ut huset med tre sovrum och tre badrum som också kommer att ha ett garage för två bilar och en 40 fot lång skorsten – vilket gör hemmet till en av de högsta tryckta strukturerna till datum.
Hemmet byggs i samarbete med PERI 3D Construction, som har färdigställt sex 3D-utskrivna strukturer i USA och Europa; Houston-baserad ingenjörs- och konstruktionsentreprenör CIVE; och andra byggindustripartners. Projektteamet fortsätter att söka industrisamarbetspartners och sponsorer.
För Lok, som leder Rural-Urban Building Innovation Lab vid AAP, och Zivkovic, som leder Robotic Construction Lab, är projektet det senaste som uppstått efter år av forskning om 3D-utskrifts potential för att möjliggöra "massanpassning" utan att öka kostnaderna. De har tidigare experimenterat med en hybriddesign som använder 3D-printad betong och återvunnet trä för Ashen Cabin-projektet i delstaten New York. Loks HoloWall-installation på Arts Quad utforskade anpassning med oenhetliga byggmaterial och digitala modelleringsverktyg. Zivkovics tidigare forskning omfattar utveckling av nya betongtryckmetoder och robottillverkade träkomponenter.
Det 4 000 kvadratmeter stora Houston-projektet utvecklas som fungerar till en större skala, en som kommer att kräva ytterligare en amerikansk "första" - en flytt av den stora portalen som stöder skrivaren, som mäter ungefär 60 fot lång, 30 fot bred och 30 fot hög, till slutföra strukturen.
Över olika system – från sprayskumisolering till ett värme-, ventilations- och luftkonditioneringssystem som är vanligare för kommersiella byggnader – säger formgivarna att hemmet integrerar design- och konstruktionsprocesser som är väl lämpade för flerfamiljsbyggnader som kommer att behövas för att utöka bostadskapaciteten i snabbväxande städer som Houston.
Rendering av det tvåvåningshus i Houston designat av Leslie Lok och Sasa Zivkovic, som har en första i sitt slag hybriddesign med 3D-tryckt betong- och träram. Kredit:Leslie Lok och Sasa Zivkovic
Formgivarna sa att deras tillvägagångssätt också skulle kunna påskynda byggtiden och minska kostnaderna, eftersom betongskrivare kan drivas av så få som tre eller fyra personer. Det minimerar också slöseri, eftersom material kan blandas på begäran och skrivas ut endast för strukturellt viktiga sektioner, och kan mer effektivt integrera träramar i en modulär design.
"Förutom tryckteknik är integrationen av tryckning med byggnadsdesign och byggmaterial, och effektiviseringen av byggprocessen viktiga aspekter i förverkligandet av ett sådant projekt," sa Zivkovic. "Vi använder det här projektet för att visa hur 3D-utskrift inte bara är redo för marknaden utan också kan bygga väldesignad och högpresterande arkitektur."
För hemmet i Houston är det tryckta materialet lokalt framställt och använder cement med minskat koldioxidavtryck, en blandning som kan innehålla flygaska, slagg och andra industriella biprodukter. Formgivarna samarbetar med kollegor på College of Engineering om forskning som rör miljövänliga byggmaterial, inklusive potentialen för betong att lagra metan, en potent växthusgas. Trästommar är samtidigt en förnybar resurs men är ofta en produkt av skogsmonokulturer och kan transporteras över långa avstånd.
Lok och Zivkoviv sa att Houston-hemmet optimerar användningen av båda materialen samtidigt som de drar bättre nytta av deras designpotential än många strukturer som bara är begränsade till en av dem.
"Det finns ingen design där ute," sa Lok, "som tänker på flerfamiljshus med dessa två system tillsammans." + Utforska vidare
