據(jù)悉， 位于瑟斯頓大廳地下室的Bovay民用基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)驗(yàn)室綜合體有了一個(gè)新租戶:一個(gè)大約6000磅重的工業(yè)機(jī)器人，它能夠3D打印大規(guī)模結(jié)構(gòu)，這可能會(huì)改變建筑行業(yè)，通過消除傳統(tǒng)材料制造的浪費(fèi)，使其更高效和可持續(xù)。

來源：Cornell University

3D打印技術(shù)，也被稱為增材制造，已經(jīng)在產(chǎn)品原型設(shè)計(jì)和生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域取得了突破。然而，當(dāng)涉及到大型建筑項(xiàng)目時(shí)，許多問題仍然是關(guān)于3D打印結(jié)構(gòu)將如何在現(xiàn)實(shí)世界中執(zhí)行。

憑借其測(cè)試和驗(yàn)證所有類型和尺寸的預(yù)制材料和結(jié)構(gòu)的能力，Bovay實(shí)驗(yàn)室特別適合將大規(guī)模的3D打印通過運(yùn)動(dòng)——以及應(yīng)力和應(yīng)變。

來源：Pixabay/CC0 Public Domain

康奈爾大學(xué)現(xiàn)在是美國(guó)少數(shù)幾所擁有這種系統(tǒng)的大學(xué)之一。土木與環(huán)境工程教授Derek Warner表示，這不僅能讓工程學(xué)院的教員進(jìn)行機(jī)器人建筑研究，還能讓學(xué)生在快速增長(zhǎng)的民用基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)領(lǐng)域獲得實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

Warner說:“無論是在科學(xué)和理解方面，還是在技術(shù)和工程方面，機(jī)器人砌筑、回收塑料打印和金屬大規(guī)模打印都是令人興奮的增長(zhǎng)空間很大的領(lǐng)域。許多控制建造過程的現(xiàn)象的規(guī)模是這樣的，它們需要在接近它們將被使用的規(guī)模進(jìn)行研究。這同樣適用于一些控制性能的現(xiàn)象。此外，在一項(xiàng)新技術(shù)的早期升級(jí)過程中，總會(huì)出現(xiàn)未知的驚喜。”

IRB 6650S工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)于今年2月問世，在過去的幾個(gè)月里，實(shí)驗(yàn)室一直在訓(xùn)練如何使用這個(gè)機(jī)器人系統(tǒng)——它本質(zhì)上是一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的、可旋轉(zhuǎn)的手臂——并運(yùn)行了許多中等大小的測(cè)試打印，包括長(zhǎng)凳和花盆，甚至是康奈爾字體中的一個(gè)大字母C。

土木與環(huán)境工程助理教授斯Sriramya Nair說:“機(jī)器人系統(tǒng)是通用的，靈活的。我們使用它的其中一種方式是3D打印混凝土，但它也可以用于其他方面。你可以安裝一個(gè)焊機(jī)或激光系統(tǒng)。你可以堆磚或扎鋼筋。許多繁瑣的過程都可以自動(dòng)化。”

Bovay實(shí)驗(yàn)室技術(shù)服務(wù)經(jīng)理James Strait表示，該機(jī)器人被安置在一條12英尺長(zhǎng)的軌道上，圓形可達(dá)約12英尺，總覆蓋面積高達(dá)8英尺×30英尺，盡管實(shí)驗(yàn)室預(yù)計(jì)不會(huì)打印出那么大的東西。

機(jī)器人在拆建筑中使用。

操作系統(tǒng)是一項(xiàng)團(tuán)隊(duì)工作。一組人混合預(yù)拌砂漿，并在添加劑中攪拌，例如降低混合物含水量并改善其通過軟管的流量的高效減水劑。另一組操作機(jī)器人的控制器來調(diào)節(jié)通過系統(tǒng)的混合物量。當(dāng)外加劑到達(dá)機(jī)器人的擠出機(jī)頭和噴嘴時(shí)，會(huì)引入硬化添加劑，使材料在澆注時(shí)變稠。

Strait說：“底層需要足夠堅(jiān)硬，以容納正在打印的下一層。但它們不能如此堅(jiān)硬，以至于當(dāng)你在頂部打印下一層時(shí)，它不會(huì)粘附在上面。你需要在那里制造附著力，但你不能讓它太軟以至于被擠出來。”

這一過程是勞動(dòng)密集型的，但當(dāng)成功完成后，3D打印消除了對(duì)鑄造模具的需要，還允許創(chuàng)建非傳統(tǒng)形狀優(yōu)化，從而減少材料浪費(fèi)。

Strait說：“任何時(shí)候你澆筑混凝土，比如人行道，你都必須安裝所有的模具。這需要人力、材料，你必須用木樁固定。所有這些都需要很多時(shí)間。你對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的每一次改變，都必須修改模具或獲得一個(gè)新的模具，并花費(fèi)人力去做?！?/p>

3D打印混凝土。

Nair計(jì)劃將該系統(tǒng)納入她今年秋季教授的一門新課程《可持續(xù)性和自動(dòng)化：建筑業(yè)的未來》，這將有助于學(xué)生為他們所在領(lǐng)域即將發(fā)生的變化做好準(zhǔn)備。

Nair說：“我們正在給他們一個(gè)機(jī)會(huì)，讓他們了解目前正在發(fā)生的最前沿的事情。他們知道得越多，就越能成為變革的擁護(hù)者，但也知道會(huì)有哪些局限性。”

目前，該系統(tǒng)是用砂漿進(jìn)行3D打印，從技術(shù)上講，砂漿是一種骨料尺寸高達(dá)4毫米的糊狀物。任何比這更大的東西都可能堵塞和損壞泵系統(tǒng)。然而，Nair的團(tuán)隊(duì)打算建造自己的擠出機(jī)頭，以打印鋼纖維增強(qiáng)混凝土，這種混凝土可以承受更重的負(fù)載。這將為實(shí)驗(yàn)室3D打印全橋組件并測(cè)試它們鋪平道路。

Nair還希望她的團(tuán)隊(duì)能夠創(chuàng)造自己的混合物來打印，而不是依賴制造商的預(yù)混合材料。

她說：“現(xiàn)在這些材料的碳足跡非常高。這是另一個(gè)目標(biāo)，減少與3D打印材料相關(guān)的碳足跡?！?/p>

來源：techxplore.com/news/2022-05-3d-printing-robot-enables-sustainable.html