研究人员解决3D混凝土打印的五大挑战- RoboDK博客

混凝土是一种具有挑战性的材料，特别是对于机器人3D打印。丹麦技术研究所的一个团队正在直面这一挑战。

3D混凝土打印为建筑师打开了一个几乎无限可能的世界。机器人可以非常有效地利用材料，打印出几乎任何形状的结构。

但是，就像任何新技术一样，也存在挑战。混凝土是一种困难且易变的材料，特别是当您需要最终产品具有良好的结构性能时。

来自丹麦技术研究所的一组研究人员正在努力克服混凝土打印的挑战，并推动3D打印混凝土的极限。

介绍…高科技混凝土实验室

这项最新研究来自高科技混凝土实验室，该实验室于2007年在丹麦技术研究所成立。

该实验室致力于探索混凝土数字化制造的可能性，包括新的生产方法和形式。他们的研究使用了各种各样的工具，但主要围绕着两件设备:

一种使用发那科r - 2000 ic / 165 f。这是一款6轴工业机器人，有效载荷为世界杯2022美洲预选赛直播165公斤，可达2.6米，是发那科在美国市场上的众多型号之一RoboDK机器人图书馆．
一个全尺寸的自动化混凝土搅拌站，团队用它来试验不同的混凝土混合物。

这种类型的研究对于3D打印建筑真正达到主流是必要的。2016年的一篇综述论文发现:“虽然一些孤立的产品和项目已经进行了初步测试，但应该指卡塔尔世界杯比分出的是，在研究期间，3d打印在建筑行业的应用测试和发展非常分散。”

丹麦技术研究所与工业界密切合作，将3D打印技术引入建筑行业。我们在2017年首次介绍了该团队的工作但从那以后，他们一直在取得进展。

3D混凝土打印的五大挑战

3D打印建筑的最大挑战在于材料本身:混凝土。如果你以前用过混凝土，你就会知道它是一种复杂的材料。它的凝固时间受一系列可变因素的影响，包括温度、湿度和组件。如果混凝土混合不完美，结构就不会像它需要的那样坚固，它可能会失败。

以下是研究人员正在努力克服的5个挑战在2018年的一篇论文中有解释：

1.平衡稳定性和流量

3D混凝土打印需要存在于两种不同的状态，这两种状态具有完全相反的特性。

在挤压之前，混凝土需要易于泵送并达到一致的流量。在挤压后，混凝土需要足够稳定和坚固，以支撑更多的材料层。

2.维护可加工性

湿混凝土的和易性是印刷质量的关键。虽然混凝土需要很长时间才能硬化，但一旦混合，它很快就会失去和易性。需要在混合物中添加减水剂等添加剂，以保持所需的可加工性。

3.挤压后几乎没有变形

3D打印涉及到一层一层地构建材料。每一层都由前一层的强度支撑。这是湿混凝土的一个问题，当重量加在上面时，它往往会“塌下来”。该团队使用了一种特殊的无坍落度混凝土混合物，可以承受以上层的重量，但这带来了更多的挑战，因为无坍落度混凝土很难泵送，容易开裂。

4.精确控制设定时间

至关重要的是，团队能够精确匹配机器人3D打印机的速度与混凝土的凝固时间，达到“一组需求状态”。机器人需要以精确的速度移动打印喷嘴。它需要移动得足够快，以使下面的层不会沉降太多，否则会危及结构的稳定性;但移动得足够慢，以使较低的层能够承受新混凝土的重量，而不会坍塌。

5.避免灯丝在拐角处开裂

当机器人在拐角处移动时，喷嘴的移动速度尤为重要。在角落周围的移动需要快速，这可能会导致打印“长丝”(混凝土层)开裂。因此，该团队的最新开发是一种特殊的喷嘴，可以与机器人手臂一起转动。

团队如何使用RoboDK 3D打印混凝土

该团队的特殊打印喷嘴是他们最新研究的重点。RoboDK在编程这个新的末端执行器方面发挥了重要作用。

研究人员Wilson Ricardo Leal da Silva向我们解释了这个过程:

“去年年底，我们使用Grasshopper生成的代码制作了一个五轴打印。目的是测试喷嘴。RoboDK非常方便地模拟和调整机器人的路径。

“我们做了一个简单的结构设计，这样我们就可以测试使用Rhino生成的工具路径——使用RoboDK插件——以及我们用来通过PLC控制器控制喷嘴的自定义python脚本。”