研究人员解决3D混凝土打印的5个挑战- 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打印来说。丹麦技术研究所的一个团队正在正面应对这一挑战。

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，也有挑战。混凝土是一种难以处理且易变的材料，特别是当你需要得到的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打印混凝土的可能边界。

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，它于2007年在丹麦技术研究所开设。

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工具，但主要集中在两件设备上:

一个机器人细胞使用发那科r - 2000 ic / 165 f。这是一个6轴工业机器人，有效载荷1世界杯2022美洲预选赛直播65公斤，达到2.6米，是发那科在全球范围内可用的众多型号之一2022世界杯南美区预选赛．
一个全尺寸自动混凝土搅拌站，该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打印建筑真正成为主流是必要的。2016年的一篇综述论文发现:“(尽管)一些孤立的产品和项目已经进行了初步测试……但卡塔尔世界杯比分应该指出的是，在研究进行时，在建筑行业使用3d打印的这种测试和发展是非常分散的。”

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自那以后，他们一直在取得进展。

3D混凝土打印的5个挑战

3D打印建筑的最大挑战在于材料本身:混凝土。如果你以前接触过混凝土，你就会知道它是一种复杂的材料。它的凝结时间受到一系列可变因素的影响，包括温度、湿度和部件。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，因为他们在2018年的一篇论文中解释了：

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性质。

在挤压之前，混凝土需要易于泵送，并达到一致的流量。挤压后，混凝土需要足够稳定和坚固，以支持进一步的材料层。

2.维护可加工性

湿混凝土的和易性是良好印刷的关键。虽然混凝土需要很长时间才能变硬，但一旦混合，它就会迅速失去工作性。需要向混合物中加入减水剂等添加剂，以保持所需的可加工性。

3.挤压后变形小或无变形

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，当重量放在它上面时，它往往会“坍落”。该团队使用了一种特殊的无坍落度混凝土混合物，它可以承受上面层的重量，但这带来了更多的挑战，因为无坍落度混凝土很难泵送，而且容易开裂。

4.精细控制的凝结时间

至关重要的是，该团队能够将机器人3D打印机的速度与混凝土的凝固时间精确匹配，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，以免下面的一层凝结得太多——否则会危及结构的稳定性——但又要足够慢，使下层可以承受新混凝土的重量而不会坍塌。

5.避免灯丝在角落开裂

当机器人在转角运动时，喷嘴的移动速度尤为重要。围绕角落的移动需要迅速，这可能会导致打印“细丝”(混凝土层)开裂。出于这个原因，该团队的最新研发成果是一种特殊的喷嘴，它可以与机械臂一起转动。

团队如何使用RoboDK进行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在编程这种新型末端执行器方面发挥了重要作用。

研究员Wilson Ricardo Leal da Silva向我们解释了这种设置:

“去年年底，我们使用Grasshopper生成的代码制作了5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 (RoboDK插件)生成的刀具路径，以及我们用来通过PLC控制器控制喷嘴的定制python脚本。”