房屋建築的新關鍵字可能是「塑膠」

一次性塑料是持久的環境污染源，而為全球不斷增長的人口提供住房的需求，也給木材等資源帶來了日益增加的壓力。麻省理工學院（MIT）的工程師們提出了一個想法，可能同時緩解這兩個問題。

在最近的一項研究中，由機械工程教授 David Hardt（SM '74, PhD '79）以及講師兼研究科學家 AJ Perez（'13, MEng '14, PhD '23）領導的團隊，提出了一項利用回收塑料 3D 列印建築級樑柱、桁架和其他結構的計劃。這些結構有朝一日可能成為傳統木製框架更輕巧、更永續的替代方案。雖然目前已有一些公司致力於利用大規模增材製造技術來建造牆壁，但他們主要使用混凝土或黏土，而這些材料的生產過程通常會對環境產生巨大的負面影響。這些工程師是首批探索列印結構框架元件，並使用回收塑料進行嘗試的人員之一。

他們設計出的形狀與支撐地板的傳統木製桁架相似，其樑柱以類似帶有對角橫桿的梯子圖案連接。為了進行測試，他們從一家航太材料公司獲得了由回收 PET 聚合物和玻璃纖維製成的顆粒，並將其作為「墨水」餵入一台房間大小的 3D 列印機中。當他們用這種材料列印出四根長桁架，並將其配置成傳統的膠合板頂層地板框架時，其承重能力超過了 4,000 磅，遠遠超過了美國住房與城市發展部（HUD）設定的關鍵建築標準。

這種塑料列印的桁架每根重約 13 磅，輕到無需平板卡車即可運輸。一台工業級列印機可以在不到 13 分鐘內生產出一根。至關重要的是，研究人員正在開發能處理未經清洗或預處理的「髒」塑料的工藝。除了地板桁架外，他們還致力於列印其他元件，並將其組合成一棟中型房屋的完整框架。

「我們估計到 2050 年，全球需要約 10 億棟新住房。如果我們嘗試用木材建造這麼多房屋，我們需要砍伐相當於三倍亞馬遜雨林面積的森林，」Perez 表示。「這裡的關鍵在於：我們將髒塑料回收成建築產品，用於建造更輕、更耐用且更永續的房屋。」

研究人員設想，有朝一日，像廢舊瓶子和食品容器之類的垃圾可以直接送入粉碎機，製成顆粒，然後餵入大規模增材製造機器，轉化為結構複合建築組件。在施工現場，這些元件可以快速組裝成輕巧且堅固的房屋框架。

「這個想法是將貨櫃屋移至已知會有大量塑料的地方，例如足球場旁邊，」Perez 說。「然後你可以使用現成的粉碎技術，將那些髒的粉碎塑料餵入大規模增材製造系統。這些系統可以存在於分佈在全球各地的微型工廠中，就像裝瓶中心一樣。你可以列印出整棟建築的零件，這些零件輕到可以用機車或皮卡車運送到最需要住房的地方。」