Artec认证的建筑材料——见证可持续发展未来之窗

水泥成本低廉且制造简便，因此广受欢迎。实际上，水泥在全球的利用率位居世界第二，仅次于水资源。同时它也是全球变暖的重要“帮凶”。

在制备混凝土的过程中，第一步便是水泥的制造。水泥的制造需要将石灰石、黏土等材料放在窑炉中高温烧制，而这一烧制过程不仅消耗了大量能源，还排放了大量二氧化碳。细想原料开采对环境造成的破坏、原料运输过程中温室气体的排放，以及城市中密布的钢筋水泥建筑对人类健康的潜在威胁，水泥无疑是环境污染的一大元凶。

面对巨大的碳足迹，大型企业正积极通过碳捕捉技术或绿色能源来减少其环境影响。与此同时，还有一些企业则致力于研发能完全替代水泥的建筑材料。

稻草、竹子，甚至蛋壳都曾位于替补建材之列。同时，为减少浪费，也不乏3D打印这些试验材料的声音。但是，尽管有成功的试验案例，水泥在现代建筑中的地位依旧稳如泰山，无人可动摇。

甘蔗能否拯救绿色未来？

针对这些棘手的问题，东伦敦大学（UEL）目前正在积极探索研发一种极具创新性的解决方案。

东伦敦大学的研究团队与泰勒集团的制糖专家携手合作，共同研发一种基于甘蔗副产品的建筑替代材料。人们也许会感到好奇：“为何选择甘蔗呢？”实际上，甘蔗是世界上种植量最大的作物。

全球每年甘蔗产量高达近20亿吨，而其中有6亿吨的甘蔗茎杆会被碾碎成类似纸浆的“甘蔗渣”。过去，这些甘蔗渣大多被弃置，如今它们也逐渐开始被重新回收利用。甘蔗渣的常见用途是作为生物燃料，但东伦敦大学的团队却认为甘蔗渣的应用潜力不止于此，他们发现了甘蔗渣在建筑领域的应用可能性。

Sugarcrete®砌块压制过程。摄/Chromaphotography，图/东伦敦大学

为了让甘蔗渣变废为宝，该团队成功研发出一种新型建材——Sugarcrete®（由甘蔗渣和矿物基粘合剂制成），其重量是传统砖的四分之一至五分之一，碳足迹比传统砖碳足迹少了15%至20%。但该团队并未止步于制造甘蔗渣砖，而是与建筑事务所Grimshaw合作，将1699年的经典设计重新演绎，赋予了其新的生命。

1699年，法国建筑师Joseph Abeille设计了一种特殊的屋顶结构，这种结构采用了干式组装互锁板块的方法，这些互锁的板块拼接在一起更好地分担了屋顶的重量，使屋顶结构更加稳固。如今，该团队对原有的设计方案进行了创新，加入了后张紧的周边拉杆用以固定，形成Sugarcrete®楼板。这个方法显著降低了原先设计对钢材的依赖率，高达90%，为环保基础设施建设提供了理想的解决方案。

然而，在研究团队着手压制Sugarcrete® 砌块的过程中，他们发现砌块存在严重的收缩问题。鉴于建筑行业对材料性能和品质的高标准监管要求，团队急需找到能够一种能够准确测量砌块大小和量化数据的方法，以有效解决收缩问题。幸好他们找到了解决方案——引入高速、精准的Artec 3D扫描技术。Artec 3D扫描技术不仅成功解决了测量难题，更在研发过程中发挥了关键作用，大幅提升了研发效率。

东伦敦大学“Fab Lab”实验室的数字化探索

幸运的是，Sugarcrete®团队在东伦敦大学拥有一个设备齐全的数字化制造实验室，其中配备了Artec Eva Lite、Artec Eva、Artec Space Spider、 Artec Leo等各种数字化设备，为他们的研发提供了强有力的技术支持。

Sugarcrete®研究团队。摄/Chromaphotography，图/东伦敦大学

自2006年以来，东伦敦大学在Artec金牌认证合作伙伴Patrick Thorn & Co. 帮助下，从几台铣床起步，一路发展成今天拥有行业水准设施的数字化制造要地。在此过程中，Patrick Thorn & Co. 不仅提供了设备支持，还给予了团队培训指导。如今，依托Fab Lab里的先进设备，无论是艺术品还是户外场景等各种对象，学生们都能够轻松进行数字化处理，实现监测目标，并取得了令人瞩目的成果。

在该案例中，研究人员利用了业界首款全无线扫描仪Artec Leo来评估 Sugarcrete®原型。Leo采取全无线设计，配有内置显示器，便于操控，新手也能很快掌握其使用方法。除此之外，Leo的高精度扫描让团队能够精准识别每一砌块的收缩问题，进而得出解决方案——改进砌块的配方。

拼接组装Sugarcrete®砌块。摄/Chromaphotography，图/东伦敦大学

东伦敦大学可持续发展研究所（SRI）的共同主任Alan Chandler表示：“我们曾采用石灰作为建筑材料，相较于水泥，其碳排放量更低。但石灰有个缺点就是含水，这容易导致砌块在固化过程中收缩变形。现在我们改用了一种无水硅酮粘合剂，它能够将混合材料‘玻璃化’。这不仅降低了砌块的变形风险，还提升了其抗压性能。”

“精准捕获Sugarcrete®砌块成品材料的数据可是非常有用的。多亏了Artec Leo，我们证明了Sugarcrete® 板材性能可以变得更好。”

理论照进现实

Sugarcrete®项目的成功，Artec Studio发挥了中流砥柱的作用。Artec Studio自动化了许多手动处理数据的步骤，让团队中的学生能轻松快速从扫描数据中获得高精度的3D网格。此外，Artec Studio与SOLIDWORKS的紧密集成也使扫描至CAD的过程变得更加简单快捷。

团队最终需将上百个块状网格转为CAD模型，而有了直接将网格导出的功能，一键即可将文件发送至 SOLIDWORKS ，这节省了不少时间。在Chandler看来，这对于区分样品间的差异，避免一刀切处理问题，以及有效排除因纯偶然因素导致的缺陷具有重要的意义。

一块完整的Sugarcrete®材板及其最终设计的3D模型。摄/Chromaphotography，图/东伦敦大学

随着团队与泰勒集团的合作关系的深化，他们正在积极探索甘蔗的广阔应用前景。在此背景下，Chandler认为Artec 3D的扫描技术有望推动东伦敦大学可持续发展研究所实现其在设计优化、性能建模以及生命周期分析（LCAs）等领域的研究目标。

Chandler还说道：“测量砌块的收缩率不再只是纸上谈兵，而是变得切实可行了。在电脑上预测受力路径固然可行，但直接数字化处理并查看变量更为直观方便。借助3D技术，我们希望能够将生命周期分析与建筑性能和设计紧密结合起来。我们不仅要‘漂亮’的数据，更要实干的好成绩。”

“我们已突破理论层面的局限，借助高精度的Artec 3D扫描技术，深入评估了我们的研究方法，并亲眼见证了Sugarcrete®砌块在实际应用中的卓越表现。”

如需了解更多信息，请点此查看Sugarcrete项目详情。