斯图加特大学的研究人员开发了一种生物混凝土3D打印方法，利用活细菌将压实砂粘合为承重结构，无需传统水泥。

该研究发表在《npj Advanced Manufacturing》上，针对该领域一个普遍问题——水泥生产目前约占全球二氧化碳排放量的8%。

工艺基于微生物诱导碳酸钙沉淀（MICP），这是一种生物机制，细菌分解尿素并触发碳酸钙晶体形成，从而粘合砂粒。

虽然MICP已被研究用于土壤稳定和简单砖块生产等应用，但斯图加特团队试图将其扩展到几何形状复杂的增材制造结构。

该方法围绕一台改装的家用3D打印机构建，配备蠕动泵分配头。

打印机并非挤出材料，而是按预定路径选择性地沉积巴氏芽孢八叠球菌悬浮液，进入粒径范围为0.063至2毫米的湿润砂混合物中。

与早期生物混凝土打印方法的一个关键区别是引入了主动打印床压实：每添加一层砂后，在施加细菌悬浮液之前，用气动活塞振捣器对该层进行压实。

这提高了堆积密度，进而增强了抗压强度。

为防止细菌在后续胶结液浸渍循环中迁移，砂混合物预先用氯化钙（CaCl₂）固定溶液润湿。

打印后，密封的打印床在尿素和CaCl₂溶液中经历20次浸泡循环，持续数天，以完成固化。

对两组小尺寸打印圆柱体（直径25毫米，高30毫米）进行抗压强度测试，其平均无侧限抗压强度（UCS）值分别为11兆帕和17兆帕。

这些数值超过了德国标准中骨料混凝土砌块所需的最低2.5兆帕，但低于钢筋混凝土预制构件20兆帕的阈值。

还制造了一个几何形状更复杂的测试结构，直径90毫米，高80毫米，并进行了3D扫描。

尺寸偏差范围为-4至+4毫米，其中压实引起的水平面和垂直轴变形被确定为不准确性的主要来源。

研究人员指出，由于胶结液对更密实几何结构的渗透深度受限，当前工艺最适合具有高表面积体积比的薄壁多孔结构。

鉴于该工艺目前的承重局限性，团队将外立面面板确定为近期应用方向，并指出地外建筑——特别是月球栖息地制造——是更长期的潜在可能，此前已有基于MICP利用月球风化层生产砖块的研究。