建筑業(yè)福音：可3D打印單塊混凝土的移動(dòng)機器人系統?

 新加坡科南洋理工大學(xué)（NTU）在過(guò)去的幾年里花費大量的時(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機械與航空航天工程學(xué)院助理教授Pham Quang Cuong領(lǐng)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(kāi)發(fā)的可移動(dòng)3D打印建筑機器人的工作。其研究之初的想法是希望多個(gè)機器人一起工作以構建一個(gè)混凝土結構，不會(huì )因為體積限制和交貨時(shí)間長(cháng)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)機器人系統

 

 

據了解，由于缺乏移動(dòng)性、體積小等問(wèn)題，限制了對3D打印的使用，同步移動(dòng)機器人解決了可伸縮性的問(wèn)題?，F在，Cuong教授及其團隊正在將研究推向新的高度。他們仍使用移動(dòng)機器人來(lái)實(shí)現“邊走邊打印”的方式，但他們開(kāi)發(fā)了一個(gè)單機器人工業(yè)3D打印平臺，該平臺可以單獨完成大規模的建筑打印，而不是使用成對系統。

 

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

 

據悉，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)其新系統的論文，標題為“ 移動(dòng)打?。捍笠幠C器人3D打印的新范例”。

 

據該論文摘要寫(xiě)道：“建筑和構造最近已成為機器人技術(shù)的應用領(lǐng)域。值得注意的是，材料配方和機器人技術(shù)的快速進(jìn)步使機器人3D打印混凝土成為現場(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（基于龍門(mén)式或基于臂式）通常比要打印的結構要大得多，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（一種安裝在移動(dòng)基座上的機械手）來(lái)緩解這一問(wèn)題：通過(guò)移動(dòng)基座，這樣的系統可以打印出比其自身更大的結構。然而，這種系統只能在靜止時(shí)打印，從而對可以單次打印的結構的尺寸施加了限制。這里，我們開(kāi)發(fā)了一種實(shí)現移動(dòng)打印的系統，該系統可以用一個(gè)機器人打印任意尺寸的單件結構。這種系統解決了針對移動(dòng)3D打印的運動(dòng)計劃、本地化和運動(dòng)控制的問(wèn)題。該系統只需要一個(gè)機器人即可打印不同大小的單件結構，這也有助于確保更好的結構性能。”

 

 

建筑業(yè)福音：可3D打印單塊混凝土的移動(dòng)機器人系統

移動(dòng)機器人3D打印系統

 

 

據了解，通常情況下，無(wú)法打印比建筑3D打印系統的龍門(mén)立足距離寬的建筑結構。這是因為打印結構的尺寸受到以下三項之一的限制：機械臂的觸及范圍，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)機器人操縱器安裝到帶輪基座上，使系統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，使用軟管將平臺的機械手固定的噴嘴連接到泵。

 

為了實(shí)現打印時(shí)協(xié)調一致，研究員在新系統中精心計劃了機器人操縱器的運動(dòng)以及移動(dòng)平臺的運動(dòng)。它使用反饋運動(dòng)控制系統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(guò)將相機放置在移動(dòng)底座的背面，其“定位系統”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)機器人系統

NTU3D打印系統設置和打印過(guò)程管線(xiàn)模型

 

 

據NTU研究小組聲稱(chēng)，他們的邊走邊打印系統可增加一個(gè)機器人可以制造的結構的尺寸。為了證明這一點(diǎn)，他們使用該平臺3D打印了一塊210 x 45 x 10厘米的混凝土結構，該結構肯定比機械臂的87厘米的范圍更大。該系統可以顯著(zhù)提高3D打印建筑的效率。但是，他們的工作尚未完成，因為該系統仍然存在一些局限性，特別是在工作區域不均勻方面。

 

Cuong教授解釋說(shuō)：“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(zhù)機器人，然后將其沿建筑工地移向所需位置，并引導它實(shí)現高精度組裝。”