3D打印是一项对建筑行业具有巨大潜力的技术。虽然人们非常关注打印整体结构的产品，但打印粘土砖等单个建筑元素的想法是一个新的研究领域。
几个世纪以来，人类以基本相同的方式建造结构。传统的施工技术是劳动密集型和资源密集型的，耗时较长，并且会造成温室气体排放和浪费。近几十年来，建筑业面临的可持续性问题促使人们需要寻找替代建筑技术。
作为第四次工业革命的一部分，目前正在开发的所有技术中，增材制造（3D 打印）已为建筑行业显示出巨大的前景。3D 打印成本低，在可持续性和根据特定应用定制打印部件的能力方面具有优势。
近年来，已经开展了几个项目来探索 3D 打印在现代建筑行业中的可行性，目前世界各地都在开发建筑。主要重点是用可持续的可打印材料（例如混凝土）完全打印建筑物。在德克萨斯州，世界上第一个 3D 打印社区目前正在开发中。
最近，已经探索了用可持续的 3D 打印粘土生产小部件的潜力。公司和研究机构已经调查了这些材料在建筑领域的使用。高级建筑研究所通过他们的Terra Performa和Digital Abode项目调查了在建造建筑构件中使用生土的情况。
3D 打印用于预制小部件的其他近期研究应用可分为三类。这些是用于覆层和遮阳板、非结构墙和分隔砖以及非结构砖拱顶的建筑组件。加州大学伯克利分校等机构已参与该领域的研究。在非结构和分割砖设计的情况下，研究重点是实现复杂的外部几何形状以生产具有多功能行为的组件。
虽然越来越多的研究关注于探索外部形状自由度，但很少有关于 3D 打印具有不同内部配置的粘土组件的研究。已经对考虑不同简单内部几何形状的打印组件（例如砖）的能量和机械性能进行了初步调查。
3D 打印砖很有前景，因为它能够创建具有不同形状和大小的气穴的结构并将它们嵌入墙壁中。研究已经设计、打印和评估了仅具有规则内部配置的结构。难以打印的复杂形状在很大程度上仍未开发。在当前的文献中，缺少探索复杂内部配置设计和可印刷性限制的详尽研究。
发表在Sustainability 上的论文探索了具有复杂内部几何形状的新型 3D 打印粘土砖的开发。作者已经提出了这些挤压印刷建筑组件的概念、设计和原型设计。论文中提出的方法克服了当前 3D 打印的局限性，超越了简单的内部几何形状。
作者生产了具有经典矩形砖形状的组件，并从众所周知的周期性最小曲面的起点开发了内部几何形状。周期性最小表面局部最小化其面积。几何形状的选择基于其充分记录的机械性能和有效的能量吸收。作者通过考虑不同的类型和配置确定了最有效的内部砖形状。
使用有限元方法模拟充分研究了所选几何形状与粘土材料的可印刷性。进行了大量的印刷测试来验证这些模拟。此外，还研究了最佳打印配置。因此，达到了印刷砖的有效实现。
该研究的新颖之处在于三个方面：一种基于四个阶段的新方法，一种可以 3D 打印并利用最小内表面的复杂砖结构的新颖概念设计，以及对主要打印错误和如何克服的讨论任何缺点。
这篇发表在Sustainability上的论文为未来在粘土材料中 3D 打印可持续、高性能组件领域的研究提供了重要的知识基础。作者表示，未来的研究将调查 3D 打印砖的热性能和结构性能。此外，进一步的研究将探索修改外部砖壳，以增强 3D 砖打印和自动机器人墙体建造的结合。
