據(jù)悉， 位于瑟斯頓大廳地下室的Bovay民用基礎(chǔ)設(shè)施實驗室綜合體有了一個新租戶:一個大約6000磅重的工業(yè)機器人，它能夠3D打印大規(guī)模結(jié)構(gòu)，這可能會改變建筑行業(yè)，通過消除傳統(tǒng)材料制造的浪費，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)涉及到大型建筑項目時，許多問題仍然是關(guān)于3D打印結(jié)構(gòu)將如何在現(xiàn)實世界中執(zhí)行。
憑借其測試和驗證所有類型和尺寸的預(yù)制材料和結(jié)構(gòu)的能力，Bovay實驗室特別適合將大規(guī)模的3D打印通過運動——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)院的教員進行機器人建筑研究，還能讓學(xué)生在快速增長的民用基礎(chǔ)設(shè)施技術(shù)領(lǐng)域獲得實踐經(jīng)驗。
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)模進行研究。這同樣適用于一些控制性能的現(xiàn)象。此外，在一項新技術(shù)的早期升級過程中，總會出現(xiàn)未知的驚喜。”
IRB 6650S工業(yè)機器人系統(tǒng)于今年2月問世，在過去的幾個月里，實驗室一直在訓(xùn)練如何使用這個機器人系統(tǒng)——它本質(zhì)上是一個長長的、可旋轉(zhuǎn)的手臂——并運行了許多中等大小的測試打印，包括長凳和花盆，甚至是康奈爾字體中的一個大字母C。
土木與環(huán)境工程助理教授斯Sriramya Nair說:“機器人系統(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。你可以安裝一個焊機或激光系統(tǒng)。你可以堆磚或扎鋼筋。許多繁瑣的過程都可以自動化。”
Bovay實驗室技術(shù)服務(wù)經(jīng)理James Strait表示，該機器人被安置在一條12英尺長的軌道上，圓形可達(dá)約12英尺，總覆蓋面積高達(dá)8英尺×30英尺，盡管實驗室預(yù)計不會打印出那么大的東西。
機器人在拆建筑中使用。
操作系統(tǒng)是一項團隊工作。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)機器人的擠出機頭和噴嘴時，會引入硬化添加劑，使材料在澆注時變稠。
Strait說：“底層需要足夠堅硬，以容納正在打印的下一層。但它們不能如此堅硬，以至于當(dāng)你在頂部打印下一層時，它不會粘附在上面。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。”
這一過程是勞動密集型的，但當(dāng)成功完成后，3D打印消除了對鑄造模具的需要，還允許創(chuàng)建非傳統(tǒng)形狀優(yōu)化，從而減少材料浪費。
Strait說：“任何時候你澆筑混凝土，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間。你對混凝土結(jié)構(gòu)的每一次改變，都必須修改模具或獲得一個新的模具，并花費人力去做。”
3D打印混凝土。
Nair計劃將該系統(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機會，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者，但也知道會有哪些局限性。”
目前，該系統(tǒng)是用砂漿進行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的團隊打算建造自己的擠出機頭，以打印鋼纖維增強混凝土，這種混凝土可以承受更重的負(fù)載。這將為實驗室3D打印全橋組件并測試它們鋪平道路。
Nair還希望她的團隊能夠創(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。這是另一個目標(biāo)，減少與3D打印材料相關(guān)的碳足跡。”
來源：techxplore.com/news/2022-05-3d-printing-robot-enables-sustainable.html
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