隨著日本人口老齡化和建筑勞動(dòng)力萎縮給建筑業(yè)帶來越來越大的壓力，清水建設(shè)株式會(huì)社正轉(zhuǎn)向一種新型的3D打印技術(shù)。該公司開發(fā)了一種噴涂式系統(tǒng)，旨在制造大型、曲面鋼筋混凝土構(gòu)件。與擠出式打印機(jī)不同，該方案通過機(jī)器人噴嘴噴涂特殊的混凝土混合物，而不是逐層堆積。這使得機(jī)器人能夠構(gòu)建出傳統(tǒng)混凝土打印技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)甚至無法實(shí)現(xiàn)的形狀。

這種方法允許以多種角度和鋼筋籠周圍噴涂混凝土。這對(duì)于結(jié)構(gòu)施工而言是一項(xiàng)重大變革，尤其是在鋼筋混凝土至關(guān)重要的地震區(qū)。大多數(shù)現(xiàn)有的混凝土打印機(jī)在處理鋼筋時(shí)都面臨挑戰(zhàn)。噴涂打印克服了這一限制，實(shí)現(xiàn)了真正的結(jié)構(gòu)3D打印。

模擬如何改進(jìn)噴涂打印

混凝土噴射威力強(qiáng)大，但難以預(yù)測。根據(jù)噴嘴距離、角度和凝固速度的不同，材料可能會(huì)彈跳、流動(dòng)或擴(kuò)散。為了控制這種現(xiàn)象，清水建設(shè)與卡內(nèi)基梅隆大學(xué)計(jì)算工程與機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室合作開發(fā)了一套材料噴射模擬器。

該軟件模擬混凝土在空中運(yùn)動(dòng)并在表面上的成型過程。工程師可以在打印前測試軌跡、投射角度和速度。這使他們能夠提前選擇最精確、最高效的策略，從而減少缺陷和材料浪費(fèi)。此外，它還能確保打印出的幾何形狀與原始數(shù)字設(shè)計(jì)相符。

清水設(shè)計(jì)的機(jī)器人是為大型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而打造的。

該打印系統(tǒng)結(jié)合了七軸機(jī)械臂和雙軸龍門架，使其擁有九個(gè)自由度。其打印尺寸為深六米、寬四米、高三米。噴嘴可以向多個(gè)方向噴射，即使在密集的鋼筋籠內(nèi)也能進(jìn)行打印。

在最近的一次演示中，該機(jī)器人打印出一面2.5米高的扭曲混凝土墻，其上下兩部分向外延伸。整個(gè)結(jié)構(gòu)僅用了四個(gè)小時(shí)就打印完成，這證明了該系統(tǒng)能夠處理建筑尺度的復(fù)雜幾何形狀，包括懸挑和曲面造型。

對(duì)清水而言，這項(xiàng)技術(shù)并非新鮮事物。隨著日本建筑行業(yè)勞動(dòng)力的萎縮，自動(dòng)化變得至關(guān)重要。3D投影打印技術(shù)既能減少人工勞動(dòng)，又能為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑師和工程師拓展更多可能性。

編譯整理：3dnatives