來自新加坡南洋理工大學(xué)（NTU Singapore）的科學(xué)家開發(fā)出一種技術(shù)，兩臺(tái)機(jī)器人可以協(xié)同工作，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維打印。這種并行3D打印方法（稱為群體打印）為移動(dòng)機(jī)器人團(tuán)隊(duì)在未來打印更大的結(jié)構(gòu)鋪平了道路。
由NTU新加坡3D打印中心的Pham Quang Cuong助理教授和他的團(tuán)隊(duì)開發(fā)，這種新的多機(jī)器人技術(shù)發(fā)表在土木工程的頂級(jí)期刊Automation in Construction上。今年早些時(shí)候，NTU科學(xué)家也落后于Ikea Bot，兩臺(tái)機(jī)器人在8分55秒內(nèi)組裝了一張宜家椅子。
使用適合3D打印的特殊配方水泥混合物，這一新的開發(fā)將能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)鑄造目前無法實(shí)現(xiàn)的獨(dú)特混凝土設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)也可以按需生產(chǎn)，并且在更短的時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)。
目前，大型混凝土結(jié)構(gòu)的3D打印需要比印刷物體大的大型打印機(jī)，這是不可行的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)建筑工地具有空間限制。擁有多個(gè)可以同步3D打印的移動(dòng)機(jī)器人意味著只要有足夠的空間讓機(jī)器人在工作現(xiàn)場(chǎng)周圍移動(dòng)，就可以在任何地方打印大型結(jié)構(gòu)，如建筑特征和專門設(shè)計(jì)的外墻。
NTU機(jī)器人3D打印混凝土結(jié)構(gòu)，在8分鐘內(nèi)打印1.86 m×0.46 m× 0.13 m。它需要兩天的時(shí)間才能硬化，并且需要一周的時(shí)間才能在安裝完成之前實(shí)現(xiàn)其全部強(qiáng)度。
我們?cè)O(shè)想了一個(gè)機(jī)器人團(tuán)隊(duì)，可以運(yùn)輸?shù)焦さ?，打印大塊混凝土結(jié)構(gòu)，然后在部件印刷后繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)項(xiàng)目，”NTU機(jī)械和航空航天工程學(xué)院的Pham教授解釋道?！斑@項(xiàng)研究建立在我們從開發(fā)機(jī)器人到自主組裝宜家椅子所獲得的知識(shí)的基礎(chǔ)上。但這個(gè)最新項(xiàng)目在規(guī)劃，執(zhí)行和更大規(guī)模方面更為復(fù)雜?！?
與兩個(gè)移動(dòng)機(jī)器人同時(shí)印刷混凝土結(jié)構(gòu)是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，因?yàn)閮蓚€(gè)機(jī)器人必須移動(dòng)到位并開始打印它們的部件而不會(huì)相互碰撞。分段印刷混凝土結(jié)構(gòu)也是不可接受的，因?yàn)槿绻炷猎谟∷⑦^程中不重疊，則兩個(gè)部件之間的接縫將不能正確粘合。這個(gè)多步驟過程首先讓計(jì)算機(jī)繪制出要打印的設(shè)計(jì)并將打印的特定部分分配給機(jī)器人。然后使用特殊算法確保每個(gè)機(jī)器人手臂在并發(fā)打印期間不會(huì)與另一個(gè)機(jī)器人手臂碰撞。
使用精確的位置定位，機(jī)器人然后移動(dòng)到位并以良好的對(duì)齊方式打印零件，確保各個(gè)零件之間的接頭重疊。最后，專用液體混凝土混合物的混合和泵送必須均勻混合并同步以確保一致性。
新加坡3D打印中心執(zhí)行董事Chua Chee Kai教授表示，與機(jī)器人技術(shù)，人工智能，材料科學(xué)和綠色制造技術(shù)等其他創(chuàng)新技術(shù)相結(jié)合，可以進(jìn)一步推進(jìn)顛覆性工業(yè)4.0技術(shù)，如增材制造。
“這個(gè)多機(jī)器人印刷項(xiàng)目是高度跨學(xué)科的，需要機(jī)器人專家與材料科學(xué)家合作制作可印刷混凝土。為了達(dá)到強(qiáng)大混凝土結(jié)構(gòu)的最終結(jié)果，我們必須將他們的專業(yè)知識(shí)與機(jī)械工程師和土木工程專家結(jié)合起來。向行業(yè)展示現(xiàn)在可行的東西，并證明如果我們?cè)陂_發(fā)新技術(shù)以增強(qiáng)傳統(tǒng)建筑和施工方法方面具有創(chuàng)造性，將來有可能實(shí)現(xiàn)。
“該研究項(xiàng)目得到了國(guó)家研究基金會(huì)，新加坡（NRF新加坡）和Sembcorp設(shè)計(jì)與建設(shè)的支持，該公司是SC3DP的主要行業(yè)研究合作伙伴之一。展望未來，NTU研究團(tuán)隊(duì)將著眼于整合更多機(jī)器人以打印更大規(guī)模的結(jié)構(gòu)，優(yōu)化打印算法以獲得一致的性能，并改善混凝土材料以加快固化速度。
Pham Quang Cuong教授團(tuán)隊(duì)
