南洋大学研究人员使用3D打印机

新加坡南洋理工大学（NTU）的科学家开发了一个单机器人工业平台，该平台使用增材制造（AM）来创建混凝土结构。该团队的机械臂采用移动打印的方法，能够单独进行3D打印不同尺寸的单件结构，并完成大规模的建筑打印。该机器人的发展除了可以扩大3D打印的混凝土结构的规模和结构特性外，还可以使其在建筑领域更有效地应用AM。

“我们的系统安装在移动机器人上。“ NTU副教授Pham Qunag Cuong说：“通过在空中移动机器人基座的能力，我们的机器人可以打印比自身更大的结构。此外，拥有可移动的底座还可以更轻松地将机器人带入施工现场并在内部移动。”

在混凝土生产中利用3D打印

3D打印材料和系统设计方面的进步带来了全自动施工的前景，但可扩展性仍然是在建筑和施工中广泛采用AM的主要障碍。对于许多现有的龙门和基于臂的打印系统，它们可以打印的结构的大小受龙门的有限体积或机器人手臂的作用范围的限制。虽然某些3D打印机已安装到移动平台上，但仅在系统静止时才可以执行打印，从而限制了可以单次生产的结构的尺寸。

研究小组之前的工作已经解决了其他研究中遇到的可扩展性问题。该系统的设计采用了具有完整移动底座的多臂式打印机来扩大其可打印区域，因此设计该系统使其不会因体积限制和交货时间长等常见问题而受阻。这些系统需要大量的预编程，包括创建优先考虑避免碰撞的多个打印路径，因此该团队发布了更新的设计。

为了提高他们的“边移动边打印”范式，研究人员使用单个移动机器人打印机创建了任意大小的单件结构。在移动的同时进行3D打印需要仔细计划和协调这些动作。此外，精确的机器人定位和反馈运动控制对于确保喷嘴以正确的速度沉积混凝土至关重要。如果喷嘴位置在两个连续的层之间偏移超过1 cm，则结构可能会塌陷。尽管存在这些挑战，研究团队仍然相信，他们的修改方法将克服以前基于臂和龙门架设计的可扩展性限制。

团队的机械臂固定在完整的移动基座上，从而可以自由移动。图片来自电气和电子工程师协会。

构造和测试新的机械臂

通过使用Optitrack运动捕捉系统，该团队能够通过在空中打印过程中捕捉3D打印臂的运动来测试3D打印臂的精度。该平台足够精确，可以构建十层混凝土，产生的外观与现有基础系统相似。此外，发现装配线与打印机所需路径之间的最大距离为9.8毫米，这比以前使用传统机器记录的最佳情况20毫米要好得多。

在生产环境中进行测试时，研究团队的平台能够创建210厘米×45厘米×10厘米（长，宽，高）的结构，该结构明显大于机器人手臂的可及范围（87厘米）。而且，在材料固化之后，该结构被证明具有足够的坚固性，可以翻转并放在其侧面而不会破裂。

尽管如此，该团队采用这种新方法所带来的生产率和准确性优势仍然可以允许使用3D打印以更快的速度创建更复杂的结构，如Cuong解释说：“我们正计划向我们的机器人添加协作功能。这样做的想法是让操作人员用手拿着机器人，然后将其沿建筑工地移向所需位置，并引导其实现高精度组装。”

建筑行业的3D打印

纽约大学坦顿工程学院的机器人专家于2019年10月开始设计一组配备3D打印机的机器人，用于自主和移动建筑。移动3D打印机旨在通过称为“集体添加剂”的概念进行团队合作制造（CAM）。