研究人員開發(fā)一款可自由移動(dòng)3D打印機(jī)MobiPrint

南極熊導(dǎo)讀：隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)固定式3D打印機(jī)的局限性逐漸顯現(xiàn)。盡管它們?cè)诠δ芎途�度上不斷進(jìn)步，但它們需要被固定在一個(gè)位置進(jìn)行打印，這限制了它們的應(yīng)用場(chǎng)景和便捷性。然而，隨著創(chuàng)新的出現(xiàn)，這一局面正在被打破。

△可移動(dòng)3D打印機(jī)器人MobiPrint

2024年12月7日，南極熊獲悉，華盛頓大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一款名為MobiPrint的創(chuàng)新桌面3D打印機(jī)。該設(shè)備不僅使用戶能夠在家中輕松制造各種物品，還具備前所未有的自主移動(dòng)功能，能夠獨(dú)立到達(dá)指定位置進(jìn)行打印作業(yè)。MobiPrint的獨(dú)特之處在于它能夠自動(dòng)測(cè)量空間周長(zhǎng)，并直接在地板上精確地打印出所需物品。

項(xiàng)目由Daniel Campos Zamora領(lǐng)導(dǎo)，并在匹茲堡舉行的ACM用戶界面軟件和技術(shù)研討會(huì)上進(jìn)行了展示。MobiPrint項(xiàng)目得到了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)的資助，并由普渡大學(xué)助理教授、艾倫學(xué)院前博士生Liang He共同參與。

△MobiPrint的結(jié)構(gòu)示意圖

MobiPrint的創(chuàng)新特點(diǎn)

這款創(chuàng)新的3D打印機(jī)融合了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)。系統(tǒng)的核心是一臺(tái)經(jīng)過(guò)改裝的Prusa Mini+ 3D打印機(jī)，它被巧妙地安裝在了Roborock S5掃地機(jī)器人的平臺(tái)上。MobiPrint的用戶交互通過(guò)一個(gè)專門設(shè)計(jì)的圖形用戶界面（GUI）實(shí)現(xiàn)，用戶可在機(jī)器人繪制的室內(nèi)地圖上自由繪制和定位物體。

為了實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的定位打印，系統(tǒng)采用了開源軟件Valetudo，它利用與家用掃地機(jī)器人相同的LiDAR（光檢測(cè)和測(cè)距）技術(shù)來(lái)繪制周圍環(huán)境。這使得MobiPrint能夠在不同類型的地面材料上進(jìn)行打印，包括地毯、乙烯基和硬木地板，且打印尺寸最大可達(dá)180x180x65毫米。

軟件還提供了本地化功能，允許用戶查看和校驗(yàn)機(jī)器人路徑，無(wú)需依賴云端服務(wù)。用戶可以利用MobiPrint的內(nèi)置庫(kù)選擇預(yù)設(shè)模板，或上傳個(gè)人設(shè)計(jì)文件。通過(guò)在地圖上選定打印位置、調(diào)整設(shè)計(jì)尺寸和位置后，機(jī)器人將移動(dòng)到指定位置，并直接在地板上進(jìn)行物體的打印。MobiPrint使用常見的PLA生物塑料作為打印材料，能夠制造出實(shí)用的結(jié)構(gòu)件、家庭定制物品或環(huán)境藝術(shù)裝飾品。

目前，MobiPrint的打印模式為“停放并打印”：它會(huì)在地圖上識(shí)別出預(yù)定的打印位置，隨后停車并開始打印指定對(duì)象。由于打印過(guò)程中需要保持機(jī)器人穩(wěn)定，這限制了它打印大型設(shè)計(jì)的能力。不過(guò)，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Daniel Campos Zamora正考慮擴(kuò)展功能，以支持連續(xù)模式打印，從而實(shí)現(xiàn)更大尺寸物體的打印。

△繪制獨(dú)立到達(dá)打印地點(diǎn)的路線

MobiPrint為視障人士提供服務(wù)

華盛頓大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，MobiPrint不僅僅是一種用于美化家居的藝術(shù)3D打印設(shè)備，更是實(shí)現(xiàn)包容性社會(huì)的重要一步。由Daniel Campos Zamora領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)室專注于開發(fā)創(chuàng)新工具，旨在提升視障人士的生活品質(zhì)。

Campos Zamora解釋道：“激發(fā)這個(gè)項(xiàng)目的靈感之一，是研究如何利用觸覺(jué)表面指示器幫助盲人和視力受限的用戶在空間中導(dǎo)航。這些指示器能提供關(guān)鍵信息，比如在會(huì)議中辨認(rèn)方向，或警示潛在危險(xiǎn)，例如樓梯的存在。MobiPrint甚至能夠制造坡道，以覆蓋不平整的地面�！�

艾倫學(xué)院的教授Jon E. Froehlich分享了他的愿景：“想象一個(gè)騎自行車的孩子，或者坐在輪椅上的朋友和家人，他們來(lái)到?jīng)]有路緣的人行道盡頭。如果未來(lái)我們可以讓機(jī)器人在街上走動(dòng)，建造一個(gè)坡道，哪怕它只工作了很短的時(shí)間，那也是非常棒的。這展示了環(huán)境的可重構(gòu)性。”

研究人員目前正致力于使MobiPrint能夠移除并回收打印的物體。他們還在探索在戶外環(huán)境中使用不同材料，在其它表面（例如桌子或墻壁）上進(jìn)行打印的可能性，盡管目前使用混凝土等材料還無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

目前，項(xiàng)目的最終目標(biāo)是讓技術(shù)更加貼合人們的實(shí)際需求，使家庭和公共空間變得更加包容。這個(gè)項(xiàng)目不僅體現(xiàn)了技術(shù)進(jìn)步，而且提供了一個(gè)真正改善日常生活的工具，尤其關(guān)注視障人士的需求。盡管MobiPrint仍在開發(fā)中，并存在一些限制，但它的潛在應(yīng)用前景是美好的。

△MobiPrint可以打印觸覺(jué)表面標(biāo)記，幫助盲人和視力受損的人在房間內(nèi)確定方向（左），并可以為他們的輔助工具（如手杖）提供支撐（右）

移動(dòng)3D打印機(jī)器人未來(lái)的應(yīng)用展望

南極熊認(rèn)為，隨著科技的不斷進(jìn)步，3D打印技術(shù)正在從傳統(tǒng)固定式打印機(jī)的局限中解放出來(lái)，向著更加靈活、智能的方向發(fā)展。在未來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)一步成熟和人工智能（AI）系統(tǒng)的引入，移動(dòng)3D打印機(jī)器人有望在城市基礎(chǔ)設(shè)施維修、建筑施工和公共藝術(shù)創(chuàng)作等領(lǐng)域扮演更加重要的角色。它們不僅能夠替代人類進(jìn)行一些重復(fù)性或危險(xiǎn)性的工作，提高效率和安全性，還可以在緊急情況下快速響應(yīng)，進(jìn)行必要的修復(fù)或建設(shè)工作。