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3D打印机器人实现可持续施工

来源:长三角激光联盟2022-07-04 我要评论(0 )   

据悉, 位于瑟斯顿大厅地下室的Bovay民用基础设施实验室综合体有了一个新租户:一个大约6000磅重的工业机器人,它能够3D打印大规模结构,这可能会改变建筑行业,通过消除...

据悉, 位于瑟斯顿大厅地下室的Bovay民用基础设施实验室综合体有了一个新租户:一个大约6000磅重的工业机器人,它能够3D打印大规模结构,这可能会改变建筑行业,通过消除传统材料制造的浪费,使其更高效和可持续。

来源:Cornell University

3D打印技术,也被称为增材制造,已经在产品原型设计和生物医学领域取得了突破。然而,当涉及到大型建筑项目时,许多问题仍然是关于3D打印结构将如何在现实世界中执行。

凭借其测试和验证所有类型和尺寸的预制材料和结构的能力,Bovay实验室特别适合将大规模的3D打印通过运动——以及应力和应变。

来源:Pixabay/CC0 Public Domain

康奈尔大学现在是美国少数几所拥有这种系统的大学之一。土木与环境工程教授Derek Warner表示,这不仅能让工程学院的教员进行机器人建筑研究,还能让学生在快速增长的民用基础设施技术领域获得实践经验。

Warner说:“无论是在科学和理解方面,还是在技术和工程方面,机器人砌筑、回收塑料打印和金属大规模打印都是令人兴奋的增长空间很大的领域。许多控制建造过程的现象的规模是这样的,它们需要在接近它们将被使用的规模进行研究。这同样适用于一些控制性能的现象。此外,在一项新技术的早期升级过程中,总会出现未知的惊喜。”

IRB 6650S工业机器人系统于今年2月问世,在过去的几个月里,实验室一直在训练如何使用这个机器人系统——它本质上是一个长长的、可旋转的手臂——并运行了许多中等大小的测试打印,包括长凳和花盆,甚至是康奈尔字体中的一个大字母C。

土木与环境工程助理教授斯Sriramya Nair说:“机器人系统是通用的,灵活的。我们使用它的其中一种方式是3D打印混凝土,但它也可以用于其他方面。你可以安装一个焊机或激光系统。你可以堆砖或扎钢筋。许多繁琐的过程都可以自动化。”

Bovay实验室技术服务经理James Strait表示,该机器人被安置在一条12英尺长的轨道上,圆形可达约12英尺,总覆盖面积高达8英尺×30英尺,尽管实验室预计不会打印出那么大的东西。

机器人在拆建筑中使用。

操作系统是一项团队工作。一组人混合预拌砂浆,并在添加剂中搅拌,例如降低混合物含水量并改善其通过软管的流量的高效减水剂。另一组操作机器人的控制器来调节通过系统的混合物量。当外加剂到达机器人的挤出机头和喷嘴时,会引入硬化添加剂,使材料在浇注时变稠。

Strait说:“底层需要足够坚硬,以容纳正在打印的下一层。但它们不能如此坚硬,以至于当你在顶部打印下一层时,它不会粘附在上面。你需要在那里制造附着力,但你不能让它太软以至于被挤出来。”

这一过程是劳动密集型的,但当成功完成后,3D打印消除了对铸造模具的需要,还允许创建非传统形状优化,从而减少材料浪费。

Strait说:“任何时候你浇筑混凝土,比如人行道,你都必须安装所有的模具。这需要人力、材料,你必须用木桩固定。所有这些都需要很多时间。你对混凝土结构的每一次改变,都必须修改模具或获得一个新的模具,并花费人力去做。”

3D打印混凝土。

Nair计划将该系统纳入她今年秋季教授的一门新课程《可持续性和自动化:建筑业的未来》,这将有助于学生为他们所在领域即将发生的变化做好准备。

Nair说:“我们正在给他们一个机会,让他们了解目前正在发生的最前沿的事情。他们知道得越多,就越能成为变革的拥护者,但也知道会有哪些局限性。”

目前,该系统是用砂浆进行3D打印,从技术上讲,砂浆是一种骨料尺寸高达4毫米的糊状物。任何比这更大的东西都可能堵塞和损坏泵系统。然而,Nair的团队打算建造自己的挤出机头,以打印钢纤维增强混凝土,这种混凝土可以承受更重的负载。这将为实验室3D打印全桥组件并测试它们铺平道路。

Nair还希望她的团队能够创造自己的混合物来打印,而不是依赖制造商的预混合材料。

她说:“现在这些材料的碳足迹非常高。这是另一个目标,减少与3D打印材料相关的碳足迹。”

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


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