3d打印机器人可以使建筑更加可持续

3D打印技术——也被称为增材制造——已经在产品原型和生物医学方面取得了突破。然而，当涉及到大型建筑项目时，3d打印结构在现实世界中的表现仍然存在许多问题。

Bovay民用基础设施实验室综合体，位于康奈尔大学瑟斯顿大厅的地下室，有了一个新租户:一个粗略的6000磅重的工业机器人，可以进行3D打印这种大型结构可能会改变建筑行业，通过消除传统材料制造的浪费，使其更加高效和可持续。

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

康奈尔大学现在是美国仅有的几所拥有这种体系的大学之一。它不仅使工程学院的教师能够进行机器人施工研究，还将使学生在民用基础设施中快速增长的技术领域获得实际经验德里克·华纳他是土木与环境工程教授。

华纳说:“无论是在科学和理解方面，还是在技术和工程方面，机器人砌砖(砌砖)、用回收塑料打印和大规模用金属打印都是令人兴奋的领域，有很大的增长空间。”“控制建造过程的许多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上进行研究。这同样适用于某些控制性能的现象。此外，在早期升级一项新技术时，总是会出现未知的惊喜。”

工业机器人系统于2月份抵达，在过去的几个月里，实验室一直在训练使用机器人系统(本质上是一个长而旋转的手臂)，并运行一些中等大小的测试打印，包括长凳和花盆，甚至是康奈尔字体的一个大字母C。

“机器人系统是多功能和灵活的，”说Sriramya Nair他是土木与环境工程助理教授。“我们使用它的方式之一是用于混凝土的3d打印，但它也可以用于其他方面。你可以安装一台焊机或激光系统。你可以叠砖或绑钢筋。许多繁琐的流程都可以自动化。”

Bovay实验室的技术服务经理James Strait说，这个机器人被安装在一条12英尺长的轨道上，圆周延伸约12英尺，总覆盖面积可达8英尺乘30英尺，不过实验室并不打算打印这么大的东西。

操作系统需要团队合作。一组人混合预配料的砂浆，然后加入添加剂，比如能降低混合物含水量并改善其在软管中的流动性的高效减水剂。另一个小组操作机器人的控制器，以调节有多少混合物通过系统。当混合物到达机器人的挤压头和喷嘴时，会引入硬化添加剂，使材料在倾倒时变厚。

保持正确的一致性可能是一个挑战。我们称之为“金发姑娘困境”。

“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，以至于当你在上面打印下一层时，它不会粘在上面，”Strait说。“你需要在那里粘合，但你不能让它太软，以至于被挤压出去。”

这个过程是劳动密集型的，但如果成功完成，3D打印消除了铸造模具的需要，还可以创造非常规的形状——优化，浪费更少的材料。

“任何时候你浇筑混凝土，比如人行道，你都必须搭好所有的模具。它需要劳动力，材料，你必须把它全部固定下来。所有这些都需要花费大量时间，”Strait说。“你对混凝土结构做的每一个改变，你都必须修改模具或换一个新模具，并花费人力来做这件事。这比找到一个计算机程序说，‘你想四舍五入吗?的点击。再过几个小时，你就完成了。”

Nair计划将该系统整合到她在秋季教授的新课中，即可持续发展和自动化:建筑行业的未来，这将帮助学生为他们所在领域即将到来的变化做好准备。

奈尔说:“我们给他们一个机会，让他们学习一些最前沿的、正在发生的事情。”“他们知道得越多，就越能成为变革的倡导者，但也知道可能存在的局限性。”

目前，该系统是用砂浆进行3D打印，从技术上讲，砂浆是一种骨料大小可达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来打印钢纤维增强混凝土，这种混凝土使用更大的骨料，可以承受更重的载荷。这将为实验室3D打印完整的桥梁组件并进行测试铺平道路。

奈尔还希望她的团队能够创造出自己的混合物来打印，而不是依赖于制造商的预混材料。

“目前这些材料的碳足迹非常高，”她说。“所以这是另一个目标，减少与3d打印材料相关的碳足迹。”

-由Chris Vavra编辑，网页内容经理，控制工程， CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com．

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