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)，兩臺機器人可以協(xié)同工作，對混凝土結(jié)構(gòu)進行三維打印。這種并行3D打印方法（稱為群體打印）為移動機器人團隊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助理教授和他的團隊開發(fā)，這種新的多機器人技術(shù)發(fā)表在土木工程的頂級期刊Automation in Construction上。今年早些時候，NTU科學(xué)家也落后于Ikea Bot，兩臺機器人在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)鑄造目前無法實現(xiàn)的獨特混凝土設(shè)計。結(jié)構(gòu)也可以按需生產(chǎn)，并且在更短的時間內(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，這是不可行的，因為大多數(shù)建筑工地具有空間限制。擁有多個可以同步3D打印的移動機器人意味著只要有足夠的空間讓機器人在工作現(xiàn)場周圍移動，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)計的外墻。

NTU機器人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。它需要兩天的時間才能硬化，并且需要一周的時間才能在安裝完成之前實現(xiàn)其全部強度。

我們設(shè)想了一個機器人團隊，可以運輸?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)進行下一個項目，”NTU機械和航空航天工程學(xué)院的Pham教授解釋道。“這項研究建立在我們從開發(fā)機器人到自主組裝宜家椅子所獲得的知識的基礎(chǔ)上。但這個最新項目在規(guī)劃，執(zhí)行和更大規(guī)模方面更為復(fù)雜?！?br />
與兩個移動機器人同時印刷混凝土結(jié)構(gòu)是一個巨大的挑戰(zhàn)，因為兩個機器人必須移動到位并開始打印它們的部件而不會相互碰撞。分段印刷混凝土結(jié)構(gòu)也是不可接受的，因為如果混凝土在印刷過程中不重疊，則兩個部件之間的接縫將不能正確粘合。這個多步驟過程首先讓計算機繪制出要打印的設(shè)計并將打印的特定部分分配給機器人。然后使用特殊算法確保每個機器人手臂在并發(fā)打印期間不會與另一個機器人手臂碰撞。

使用精確的位置定位，機器人然后移動到位并以良好的對齊方式打印零件，確保各個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，可以進一步推進顛覆性工業(yè)4.0技術(shù)，如增材制造。

“這個多機器人印刷項目是高度跨學(xué)科的，需要機器人專家與材料科學(xué)家合作制作可印刷混凝土。為了達到強大混凝土結(jié)構(gòu)的最終結(jié)果，我們必須將他們的專業(yè)知識與機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，并證明如果我們在開發(fā)新技術(shù)以增強傳統(tǒng)建筑和施工方法方面具有創(chuàng)造性，將來有可能實現(xiàn)。

“該研究項目得到了國家研究基金會，新加坡（NRF新加坡）和Sembcorp設(shè)計與建設(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研究團隊將著眼于整合更多機器人以打印更大規(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。