37、原位结构约束自动化机器人制造系统的工艺与评估

原位结构约束自动化机器人制造系统的工艺与评估

在建筑行业中，随着大规模3D打印技术的飞速发展，增材制造工艺正逐渐崭露头角。传统的混凝土结构制造在应对不规则形状和尺寸时存在一定局限性，而增材制造凭借其灵活性和有效性，为定制复杂几何形状的建筑部件提供了新的可能。本文将介绍一种结合增材制造和纤维增强聚合物（FRP）应用的新型制造工艺，旨在探索机器人技术在建筑结构制造中的潜力。

1. 背景

增材制造（AM）技术种类繁多，大致可分为七类：粘结剂喷射、材料挤出、粉末床熔融、定向能量沉积、薄片层压、光固化成型和材料喷射。不同的AM系统在自由度和灵活性上有所差异，例如龙门机器人有三个自由度，基于工业机械臂的系统则有六个自由度，还可通过移动底座进一步扩展。此外，这些系统还能与地面和空中协作机器人相结合。

在建筑领域，最常见的AM方法是基于材料挤出，即通过喷嘴将新鲜的水泥材料沿水平层按预定路径沉积。在混凝土挤出过程中，AM系统根据层厚、打印物体尺寸、打印环境、组装策略、支撑结构的使用和机器人复杂度进行分类。一些项目已经采用了这些系统，如拉夫堡大学的弯曲长椅、XtreeE的复杂墙体以及温商为迪拜未来基金会打印的建筑部件。

除了传统的AM系统，还有一些创新的系统，如FreeFAB颗粒床工艺、智能动态铸造和网格模具，这些系统提高了建筑部件打印的精度，使复杂形状和几何结构的打印变得更加容易。然而，目前的AM系统主要集中在传统混凝土结构上，面临着从小规模扩展到大规模以及将钢筋集成到系统中的挑战。相比之下，FRP - 混凝土复合材料的大规模增材制造可能在解决这些问题方面具有特殊优势。

2. 制造方法

2.1 机器人系统设计 - 末端执行器