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)學領(lǐng)域取得了突破。然而,當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。
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康奈爾大學現(xiàn)在是美國少數(shù)幾所擁有這種系統(tǒng)的大學之一。土木與環(huán)境工程教授Derek Warner表示,這不僅能讓工程學院的教員進行機器人建筑研究,還能讓學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?!?/p>
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,圓形可達約12英尺,總覆蓋面積高達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。當外加劑到達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?!?/p>
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》,這將有助于學生為他們所在領(lǐng)域即將發(fā)生的變化做好準備。
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,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
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