機器人與3D打印完美結(jié)合

　　在去年7月份舉辦的“數(shù)字未來”暑期設計工作營上，由同濟大學學生創(chuàng)建的六軸機器人與3D打印機結(jié)合的打印裝置成為一大亮點，旨在清除設計與制造之間的屏障，以便建筑師能快速、準確地實現(xiàn)他們的設計。研究團隊稱其為6D打印，其中6D則指的是kuka機器人的六個軸。

　　我們說，傳統(tǒng)的3D打印方式是依照水平切片打印，然后疊合形成整體模型，此過程只能反映出模型的成型狀態(tài)，而不能反映結(jié)構(gòu)的自然生長與結(jié)構(gòu)邏輯。該項目則是從仿生學的角度出發(fā)，模仿蜘蛛吐絲織網(wǎng)原理，即由一點開始，沿著結(jié)構(gòu)路徑生長出復雜空間的自然建構(gòu)邏輯。

　　與此同時，研究團隊還對傳統(tǒng)的打印設備進行了優(yōu)化，利用KUKA機器臂作為打印頭，可在空間中沿不同路徑打印曲線。其中，打印工具頭采用了靈活可變的機械設計，共4個打印噴頭，其中3個噴頭可以有規(guī)律地一張一合，從而改變打印過程中線材定型時的截面形狀，形成與蛛絲類似的具有結(jié)構(gòu)強度的線材。

　　那么，6D打印裝置如何工作呢?其主要由kuka機器人以及3D打印噴頭構(gòu)成，在六軸機器人按模型中的路徑移動的同時，3D打印噴頭進行打印，最終形成空間曲面。位于機器手臂末端的工具頭，包含4個打印噴頭，其中3個為活動噴頭，由附加的電路以及機械裝置控制，可在兩個狀態(tài)間隙擺動，沿著打印路徑，固定的噴頭可以完全擬合模型曲線，3個活動噴頭則可以一張一合，形成特殊的截面形狀打印擺動曲線，增強模型的結(jié)構(gòu)強度。

　　打印前，要將機器人、工作頭以及錨固平面處于精確的校準位置，而最外層的鋁型材框架正好保證了這一點， 令整套裝置更加具有系統(tǒng)性和完整性。

　　整套3D打印系統(tǒng)由獨立的電路控制，包含供應裝置、擠壓運送裝置、加熱裝置、速度/溫度控制裝置以及操作面板。此外，由于打印頭工作時會產(chǎn)生大量的熱量，為使打印線材即時凝固，裝置還設計了冷卻系統(tǒng)，用空氣壓縮機將氣流持續(xù)大量的吹向打印噴頭前端，使受熱融化的ABS線材冷卻定型。

　　KUKA六軸機器人承載3D打印噴頭，可根據(jù)模型結(jié)構(gòu)按照合理的路徑進行3D打印，KUKA的運動則由線下編程完成，從而令空間6D打印與通用建模軟件完美對接。

　　最后，我們再來看看6D打印裝置的打印噴頭。介于特殊路徑的3D打印對耗材結(jié)構(gòu)性要求頗高，機器臂前端的3D打印噴頭經(jīng)過了特殊處理，即3個活動噴頭和1個固定噴頭，可打印類似蛛絲的微觀結(jié)構(gòu)，打印成型的材料也可即時定型。