智利大學攀爬機器人+3D打印機，打印比自己還大的物體

2020年3月31日，南極熊從外媒獲悉，智利大學的研究人員研究了一種可移動的3D打印機，可以打印出比自身更大的物體。 系統(tǒng)被命名為“ Koala 3D”，是攀爬機器人和3D打印機的組合。

在論文中，研究人員團隊介紹了Koala 3D系統(tǒng)的設(shè)計、構(gòu)造和特性，以及在垂直制造的圓柱和雕像上進行的實驗和測試。 論文的作者解釋說，從結(jié)果來看，Koala 3D在建筑和產(chǎn)品制造中具有廣泛的潛在應用。

30×30 mm 截面和200 mm高的打印過程，圖片來自Juan Cristobal Zagal。

攀登的Koala 3D打印機

研究人員通過解釋說，傳統(tǒng)制造機器生產(chǎn)的零件尺寸受到機器本身尺寸的限制。 “例如，雖然塑料注射成型機通常很大，但它生產(chǎn)的零件要比自身小得多，大約在幾立方厘米之間。而其他的減材制造設(shè)備，例如銑床、車床及其CNC同類產(chǎn)品，也會出現(xiàn)類似情況。”
但是，在增材制造中，與傳統(tǒng)制造技術(shù)相比，機器體積通常更接近所生產(chǎn)零件的體積。因此，研究人員發(fā)現(xiàn)，如果能夠自由移動，則3D打印可以幫助制造比其自身更大的物體。因此，研究人員設(shè)計了一種機器，能夠通過結(jié)合3D打印機和攀爬機器人來沿所構(gòu)建的對象垂直方向移動。

最初的設(shè)計概念由兩個主要組件組成：打印機部分和爬升部分。攀升部分通過一對機器人驅(qū)動的夾具而起作用，下部夾緊機構(gòu)位于打印機主體的底部，而上部夾緊機構(gòu)可在打印機的底部和上部之間自由移動。為了實現(xiàn)無限的運動范圍，研究人員確保始終將一個夾具固定在梁上，而另一個夾具繼續(xù)尋找新的固定點，從而導致“打印-重新排列-打印-重新排列”的重復過程。

在重新錨固期間使用千分尺測量機器跌落的示例，圖片來自Juan Cristobal Zagal。

與現(xiàn)有的流行3D打印機相比，研究人員著手設(shè)計一種更堅固的定位系統(tǒng)，主要是在尺寸和重量方面。平臺設(shè)計為在x-y平面上覆蓋45mm x 45mm的擠出機運動范圍，目的是在此運動跨度下產(chǎn)生截面積為30mm x 30mm的垂直構(gòu)件。選擇打印頭時，研究團隊選擇了J-Head E3D擠出機，因為其設(shè)計緊湊，重量輕且性能良好。

在設(shè)計完系統(tǒng)之后，團隊隨后進行許多實驗和測試以進行評估，證明使用所提出的打印-重新整理-打印方案可以進行3D打印。他們使用爬升系統(tǒng)設(shè)置了大約3D打印的11個不同大小的樣本，范圍從350毫米到850毫米，另外還有一個較小的部分也進行了3D打印。

在討論該項技術(shù)的意義時，研究人員提出了在建筑和產(chǎn)品開發(fā)行業(yè)中潛在的未來研究和應用，以及他們在創(chuàng)建Koala 3D攀巖打印機時遇到的三個問題：
（1）重新錨定后機器掉落了；
（2）高縱橫比下的結(jié)構(gòu)振動；
（3）零件和基礎(chǔ)之間的初始對齊。

解決這些問題對于開發(fā)可以沿著它們生產(chǎn)的相同結(jié)構(gòu)爬升的自動機械非常重要。

對象制造過程，圖片來自Juan Cristobal Zagal

在建筑類的3D打印項目中，通常3D打印硬件僅限于使物體小于機器結(jié)構(gòu)本身，這不僅限制了設(shè)計自由度，而且在不得不將大型設(shè)備從一個位置轉(zhuǎn)移到另一個位置時，導致許多后勤上的麻煩。智利大學研究人員探索了攀巖打印機的概念，他們?yōu)榫徑獯笮?D打印建設(shè)項目的問題開辟了許多途徑。

研究人員MaximilianoVélez，EfrénToala和JuanCristóbalZagal撰寫了題為“Koala 3D: A continuous climbing 3D printer”的論文，并發(fā)表在《 Robotics and Computer-Integrated Manufacturing》上。


編譯自：3dprintingindustry