隨著日本人口老齡化和建筑勞動力萎縮給建筑業(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。與擠出式打印機不同，該方案通過機器人噴嘴噴涂特殊的混凝土混合物，而不是逐層堆積。這使得機器人能夠構(gòu)建出傳統(tǒng)混凝土打印技術(shù)難以實現(xiàn)甚至無法實現(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。這對于結(jié)構(gòu)施工而言是一項重大變革，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)有的混凝土打印機在處理鋼筋時都面臨挑戰(zhàn)。噴涂打印克服了這一限制，實現(xiàn)了真正的結(jié)構(gòu)3D打印。

模擬如何改進噴涂打印

混凝土噴射威力強大，但難以預測。根據(jù)噴嘴距離、角度和凝固速度的不同，材料可能會彈跳、流動或擴散。為了控制這種現(xiàn)象，清水建設(shè)與卡內(nèi)基梅隆大學計算工程與機器人實驗室合作開發(fā)了一套材料噴射模擬器。

該軟件模擬混凝土在空中運動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。此外，它還能確保打印出的幾何形狀與原始數(shù)字設(shè)計相符。

清水設(shè)計的機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)合了七軸機械臂和雙軸龍門架，使其擁有九個自由度。其打印尺寸為深六米、寬四米、高三米。噴嘴可以向多個方向噴射，即使在密集的鋼筋籠內(nèi)也能進行打印。

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

對清水而言，這項技術(shù)并非新鮮事物。隨著日本建筑行業(yè)勞動力的萎縮，自動化變得至關(guān)重要。3D投影打印技術(shù)既能減少人工勞動，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