新加坡科南洋理工大學(xué)（NTU）在過(guò)去的幾年里花費(fèi)大量的時(shí)間和精力研究用混凝土材料進(jìn)行建筑3D打印。兩年前，由NTU機(jī)械與航空航天工程學(xué)院助理教授Pham Quang Cuong領(lǐng)導(dǎo)的NTU新加坡3D打印中心（SC3DP）團(tuán)隊(duì)發(fā)表了一篇論文，介紹了他們開(kāi)發(fā)的可移動(dòng)3D打印建筑機(jī)器人的工作。其研究之初的想法是希望多個(gè)機(jī)器人一起工作以構(gòu)建一個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)，不會(huì)因?yàn)轶w積限制和交貨時(shí)間長(zhǎng)等常見(jiàn)問(wèn)題而受阻。

 

 

建筑業(yè)福音：可3D打印單塊混凝土的移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)

 

 

據(jù)了解，由于缺乏移動(dòng)性、體積小等問(wèn)題，限制了對(duì)3D打印的使用，同步移動(dòng)機(jī)器人解決了可伸縮性的問(wèn)題?，F(xiàn)在，Cuong教授及其團(tuán)隊(duì)正在將研究推向新的高度。他們?nèi)允褂靡苿?dòng)機(jī)器人來(lái)實(shí)現(xiàn)“邊走邊打印”的方式，但他們開(kāi)發(fā)了一個(gè)單機(jī)器人工業(yè)3D打印平臺(tái)，該平臺(tái)可以單獨(dú)完成大規(guī)模的建筑打印，而不是使用成對(duì)系統(tǒng)。

 

“我們的系統(tǒng)安裝在移動(dòng)機(jī)器人上。移動(dòng)機(jī)器人基座的可移動(dòng)能力使我們的機(jī)器人可以打印比自身更大的結(jié)構(gòu)。此外，擁有可移動(dòng)的底座還可以更輕松地將機(jī)器人帶入施工現(xiàn)場(chǎng)并在內(nèi)部移動(dòng)。”Cuong教授解釋說(shuō)。

 

據(jù)悉，NTU小組由Mehmet Efe Tiryaki，Xu Zhang和Cuong教授組成，并于最近發(fā)表了有關(guān)其新系統(tǒng)的論文，標(biāo)題為“ 移動(dòng)打印：大規(guī)模機(jī)器人3D打印的新范例”。

 

據(jù)該論文摘要寫(xiě)道：“建筑和構(gòu)造最近已成為機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。值得注意的是，材料配方和機(jī)器人技術(shù)的快速進(jìn)步使機(jī)器人3D打印混凝土成為現(xiàn)場(chǎng)施工最有希望的技術(shù)。但是，可伸縮性仍然是使用過(guò)程中的重要障礙：打印系統(tǒng)（基于龍門(mén)式或基于臂式）通常比要打印的結(jié)構(gòu)要大得多，因此在打印過(guò)程中很困難。最近，有人提出了一種移動(dòng)打印系統(tǒng)（一種安裝在移動(dòng)基座上的機(jī)械手）來(lái)緩解這一問(wèn)題：通過(guò)移動(dòng)基座，這樣的系統(tǒng)可以打印出比其自身更大的結(jié)構(gòu)。然而，這種系統(tǒng)只能在靜止時(shí)打印，從而對(duì)可以單次打印的結(jié)構(gòu)的尺寸施加了限制。這里，我們開(kāi)發(fā)了一種實(shí)現(xiàn)移動(dòng)打印的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以用一個(gè)機(jī)器人打印任意尺寸的單件結(jié)構(gòu)。這種系統(tǒng)解決了針對(duì)移動(dòng)3D打印的運(yùn)動(dòng)計(jì)劃、本地化和運(yùn)動(dòng)控制的問(wèn)題。該系統(tǒng)只需要一個(gè)機(jī)器人即可打印不同大小的單件結(jié)構(gòu)，這也有助于確保更好的結(jié)構(gòu)性能。”

 

 

建筑業(yè)福音：可3D打印單塊混凝土的移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)

移動(dòng)機(jī)器人3D打印系統(tǒng)

 

 

據(jù)了解，通常情況下，無(wú)法打印比建筑3D打印系統(tǒng)的龍門(mén)立足距離寬的建筑結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)榇蛴〗Y(jié)構(gòu)的尺寸受到以下三項(xiàng)之一的限制：機(jī)械臂的觸及范圍，門(mén)架的受限體積或使打印頭沿特定軸移動(dòng)的框架。而今，NTU研究人員通過(guò)將工業(yè)機(jī)器人操縱器安裝到帶輪基座上，使系統(tǒng)可以在任何方向上移動(dòng)，前提是確保它在平坦的表面上即可。然后，使用軟管將平臺(tái)的機(jī)械手固定的噴嘴連接到泵。

 

為了實(shí)現(xiàn)打印時(shí)協(xié)調(diào)一致，研究員在新系統(tǒng)中精心計(jì)劃了機(jī)器人操縱器的運(yùn)動(dòng)以及移動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)。它使用反饋運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和高度精確的機(jī)器人定位，以確保噴嘴以正確的速度在正確的位置沉積混凝土材料。通過(guò)將相機(jī)放置在移動(dòng)底座的背面，其“定位系統(tǒng)”在更大的表面積上效果更好。

 

 

建筑業(yè)福音：可3D打印單塊混凝土的移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)

NTU3D打印系統(tǒng)設(shè)置和打印過(guò)程管線(xiàn)模型

 

 

據(jù)NTU研究小組聲稱(chēng)，他們的邊走邊打印系統(tǒng)可增加一個(gè)機(jī)器人可以制造的結(jié)構(gòu)的尺寸。為了證明這一點(diǎn)，他們使用該平臺(tái)3D打印了一塊210 x 45 x 10厘米的混凝土結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)肯定比機(jī)械臂的87厘米的范圍更大。該系統(tǒng)可以顯著提高3D打印建筑的效率。但是，他們的工作尚未完成，因?yàn)樵撓到y(tǒng)仍然存在一些局限性，特別是在工作區(qū)域不均勻方面。

 

Cuong教授解釋說(shuō)：“我們正計(jì)劃給機(jī)器人添加協(xié)作功能。這樣做的想法是讓操作人員用手拿著機(jī)器人，然后將其沿建筑工地移向所需位置，并引導(dǎo)它實(shí)現(xiàn)高精度組裝。”