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用于混凝土同步3D打印的智能技术

来自新加坡南洋理工大学(NTU Singapore)的科学家开发出一种技术,可以让两个机器人协同工作,对混凝土结构进行三维打印。

这种并行3D打印方法(称为群体打印)为移动机器人团队在未来打印更大的结构铺平了道路。

由NTQ新加坡3D打印中心的Pham Quang Cuong助理教授和他的团队开发,这种新的多机器人技术发表在土木工程的顶级期刊Automation in Construction中。今年早些时候,NTU科学家也是Ikea Bot的幕后推手,两台机器人在8分55秒内组装了一张宜家椅子。

使用适合3D打印的特殊配方水泥混合物,这一新开发将允许传统铸造目前无法实现的独特混凝土设计。结构也可以按需生产,并且在更短的时间内生产。

目前,大型混凝土结构的3D打印需要比印刷物体大的大型打印机,这是不可行的,因为大多数建筑工地具有空间限制。

拥有多个可以同步3D打印的移动机器人意味着只要有足够的空间让机器人在工作现场周围移动,就可以在任何地方打印大型结构,如建筑特征和特别设计的外墙。

NTU机器人3D打印混凝土结构,在8分钟内测量1.86mx 0.46mx 0.13m。它需要两天时间才能硬化,并且需要一周的时间才能在安装完成之前达到其全部强度。

“我们设想了一个机器人团队,可以运送到工地,打印大块混凝土结构,然后在部件印刷后继续进行下一个项目,”NTU机械和航空航天工程学院的Pham教授解释说。 。

“这项研究建立在我们从开发机器人到自主组装宜家椅子所获得的知识的基础上。但这个最新项目在规划,执行和更大规模方面更为复杂。”

与两个移动机器人同时印刷混凝土结构是一个巨大的挑战,因为两个机器人必须移动到位并开始打印它们的部件而不会相互碰撞。

分段印刷混凝土结构也是不可接受的,因为如果混凝土在印刷过程中不重叠,则两个部件之间的接缝将不能正确粘合。

这个多步骤过程首先让计算机绘制出要打印的设计并将打印的特定部分分配给机器人。然后使用特殊算法确保每个机器人手臂在并发打印期间不会与另一个机器人手臂碰撞。

使用精确的位置定位,机器人然后移动到位并以良好的对齐方式打印零件,确保各个零件之间的连接重叠。最后,专用液体混凝土混合物的混合和泵送必须均匀混合并同步以确保一致性。

新加坡3D打印中心执行董事Chua Chee Kai教授表示,与机器人技术,人工智能,材料科学和绿色制造技术等其他创新技术相结合,可以进一步推进颠覆性工业4.0技术,如增材制造。

“这个多机器人印刷项目是高度跨学科的,需要机器人专家与材料科学家合作制作可印刷的混凝土。为了达到强大的混凝土结构的最终结果,我们必须将他们的专业知识与机械工程师和土木工程专家结合起来。”

“这样的创新向行业展示了现在可行的东西,并证明如果我们在开发新技术以增强传统建筑和施工方法方面具有创造性,将来有可能实现。”

该研究项目得到了国家研究基金会,新加坡(NRF新加坡)和Sembcorp设计与建设的支持,该公司是SC3DP的主要行业研究合作伙伴之一。

展望未来,NTU研究团队将着眼于整合更多机器人以打印更大规模的结构,优化打印算法以获得一致的性能,并改善混凝土材料以加快固化速度。

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