新加坡科南洋理工大學（NTU）在過去的幾年里花費大量的時間和精力研究用混凝土材料進行建筑3D打印。兩年前，由NTU機械與航空航天工程學院助理教授Pham Quang Cuong領導的NTU新加坡3D打印中心（SC3DP）團隊發(fā)表了一篇論文，介紹了他們開發(fā)的可移動3D打印建筑機器人的工作。其研究之初的想法是希望多個機器人一起工作以構(gòu)建一個混凝土結(jié)構(gòu)，不會因為體積限制和交貨時間長等常見問題而受阻。

 

 

建筑業(yè)福音：可3D打印單塊混凝土的移動機器人系統(tǒng)

 

 

據(jù)了解，由于缺乏移動性、體積小等問題，限制了對3D打印的使用，同步移動機器人解決了可伸縮性的問題。現(xiàn)在，Cuong教授及其團隊正在將研究推向新的高度。他們?nèi)允褂靡苿訖C器人來實現(xiàn)“邊走邊打印”的方式，但他們開發(fā)了一個單機器人工業(yè)3D打印平臺，該平臺可以單獨完成大規(guī)模的建筑打印，而不是使用成對系統(tǒng)。

 

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

 

據(jù)悉，NTU小組由Mehmet Efe Tiryaki，Xu Zhang和Cuong教授組成，并于最近發(fā)表了有關其新系統(tǒng)的論文，標題為“ 移動打?。捍笠?guī)模機器人3D打印的新范例”。

 

據(jù)該論文摘要寫道：“建筑和構(gòu)造最近已成為機器人技術的應用領域。值得注意的是，材料配方和機器人技術的快速進步使機器人3D打印混凝土成為現(xiàn)場施工最有希望的技術。但是，可伸縮性仍然是使用過程中的重要障礙：打印系統(tǒng)（基于龍門式或基于臂式）通常比要打印的結(jié)構(gòu)要大得多，因此在打印過程中很困難。最近，有人提出了一種移動打印系統(tǒng)（一種安裝在移動基座上的機械手）來緩解這一問題：通過移動基座，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)只能在靜止時打印，從而對可以單次打印的結(jié)構(gòu)的尺寸施加了限制。這里，我們開發(fā)了一種實現(xiàn)移動打印的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以用一個機器人打印任意尺寸的單件結(jié)構(gòu)。這種系統(tǒng)解決了針對移動3D打印的運動計劃、本地化和運動控制的問題。該系統(tǒng)只需要一個機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機器人系統(tǒng)

移動機器人3D打印系統(tǒng)

 

 

據(jù)了解，通常情況下，無法打印比建筑3D打印系統(tǒng)的龍門立足距離寬的建筑結(jié)構(gòu)。這是因為打印結(jié)構(gòu)的尺寸受到以下三項之一的限制：機械臂的觸及范圍，門架的受限體積或使打印頭沿特定軸移動的框架。而今，NTU研究人員通過將工業(yè)機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，前提是確保它在平坦的表面上即可。然后，使用軟管將平臺的機械手固定的噴嘴連接到泵。

 

為了實現(xiàn)打印時協(xié)調(diào)一致，研究員在新系統(tǒng)中精心計劃了機器人操縱器的運動以及移動平臺的運動。它使用反饋運動控制系統(tǒng)和高度精確的機器人定位，以確保噴嘴以正確的速度在正確的位置沉積混凝土材料。通過將相機放置在移動底座的背面，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機器人系統(tǒng)

NTU3D打印系統(tǒng)設置和打印過程管線模型

 

 

據(jù)NTU研究小組聲稱，他們的邊走邊打印系統(tǒng)可增加一個機器人可以制造的結(jié)構(gòu)的尺寸。為了證明這一點，他們使用該平臺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，因為該系統(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：“我們正計劃給機器人添加協(xié)作功能。這樣做的想法是讓操作人員用手拿著機器人，然后將其沿建筑工地移向所需位置，并引導它實現(xiàn)高精度組裝。”