美國(guó)陸軍與阿肯色大學(xué)聯(lián)合開(kāi)發(fā)用于救災(zāi)結(jié)構(gòu)的建筑 3D 打印技術(shù)
魔猴君 行業(yè)資訊 550天前
近期，魔猴網(wǎng)了解到，美國(guó)陸軍和阿肯色大學(xué) (U of A)簽署了一份價(jià)值 350 萬(wàn)美元的合同，以開(kāi)發(fā)用于救災(zāi)的建筑 3D 打印技術(shù)，也稱增材建造 (AC)技術(shù)。阿肯色大學(xué)土木工程系的Michelle Barry副教授、Cameron Murray助理教授和機(jī)械工程系的Wenchao Zhou副教授將一起開(kāi)展這項(xiàng)研究，他的初創(chuàng)公司AMBOTS將參與該項(xiàng)目中軟件編程方面的工作。
事實(shí)上，350 萬(wàn)美元的附屬資金只是美國(guó)陸軍工程師研發(fā)中心向Applied Research Associates (ARA) 提供的 1200 萬(wàn)美元更大獎(jiǎng)勵(lì)的一部分。ARA 是一家總部位于新墨西哥州的研究和工程公司，該公司開(kāi)展AC技術(shù)的研究是為了探索救災(zāi)部隊(duì)在災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)使用當(dāng)?shù)夭牧?3D 打印水平建設(shè)項(xiàng)目（例如，涵洞、T 型墻和澤西路障）的可行性。
△澤西島上的路障
阿肯色大學(xué)團(tuán)隊(duì)將確定增材建造的最佳設(shè)計(jì)模式和可用的本地材料。此外，他們還將為要在現(xiàn)場(chǎng)部署的移動(dòng)機(jī)器人創(chuàng)建代碼，以創(chuàng)建這些結(jié)構(gòu)。在接下來(lái)的兩年里，該團(tuán)隊(duì)將開(kāi)發(fā)建筑原型，資金將用于購(gòu)買(mǎi)一臺(tái)大幅面 3D 打印機(jī)和用于土壤和混凝土表征的其他設(shè)備。
使用本地材料
阿肯色大學(xué)顆粒材料研究實(shí)驗(yàn)室的 Barry 將探索新的材料結(jié)構(gòu)和幾何配置，以實(shí)現(xiàn)最佳性能和效率。提出的概念包括仿生結(jié)構(gòu)，例如蜂窩圖案，旨在減少材料，同時(shí)優(yōu)化強(qiáng)度。
△Murray與美國(guó)陸軍一起參與了其他混凝土測(cè)試研究。圖片由阿肯色大學(xué)提供
Barry還將與專門(mén)研究混凝土的默里一起記錄和研究各種本土土壤與混凝土混合的能力，分析由此產(chǎn)生的成分并對(duì)用這些材料制成的物體進(jìn)行大規(guī)模測(cè)試。假設(shè)救災(zāi)部隊(duì)能夠使用當(dāng)?shù)夭牧纤_(kāi)發(fā)的混凝土材料和機(jī)器人3D 打印技術(shù)，而不是長(zhǎng)距離運(yùn)輸水泥和骨料，可以減少成本、時(shí)間和環(huán)境影響。
Barry 說(shuō)：“幾千年來(lái)，人類一直在使用土壤進(jìn)行建筑，但 3D 打印土壤使我們能夠以全新且令人興奮的方式使用土壤。我們可以在救災(zāi)區(qū)建造建筑物或道路，在那里您只需引入一件設(shè)備，因?yàn)槟赡軣o(wú)法引入其他建筑材料。如果當(dāng)?shù)氐耐寥烙杏茫憔蜁簳r(shí)用它們打印，人們得到庇護(hù)，一旦不需要，它就會(huì)溶解回原來(lái)的外觀?！?/span>
用于建筑 3D 打印的 Swarm機(jī)器人
除了共同創(chuàng)立專注于群體機(jī)器人制造的 AMBOTS 之外，Zhou 還是亞利桑那大學(xué)先進(jìn)制造、建模和材料實(shí)驗(yàn)室的主任。Zhou 將負(fù)責(zé)確保結(jié)構(gòu)的 CAD 文件正確無(wú)誤翻譯成機(jī)器代碼，供多臺(tái)機(jī)器協(xié)作 3D 打印各種材料。出于這個(gè)原因，AMBOTS 將領(lǐng)導(dǎo)機(jī)器人的軟件開(kāi)發(fā)，這些機(jī)器人將被設(shè)計(jì)為獨(dú)立工作并相互協(xié)作，以適應(yīng)不同的組合。
△T 形墻運(yùn)往阿富汗的 KAF 大院。圖片由美國(guó)陸軍工程兵團(tuán)和 Karla Marshall 提供。
Zhou 說(shuō)：“我們很高興有機(jī)會(huì)與ARA 合作，并利用他們的行業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)開(kāi)發(fā)尖端的 3D 打印能力，這筆贈(zèng)款將使我們能夠投資于研發(fā)，推動(dòng)我們的群體 3D 打印技術(shù)的創(chuàng)新，并為建筑和其他行業(yè)的未來(lái)開(kāi)啟新的可能性?！?/span>
APA 是這個(gè)項(xiàng)目中一個(gè)有趣的合作伙伴，因?yàn)樗呀?jīng)參與了基礎(chǔ)設(shè)施和國(guó)家安全。這包括“地面交通研究和開(kāi)發(fā)、路面工程和測(cè)試、路面標(biāo)記服務(wù)、交通資產(chǎn)管理、交通監(jiān)控、巖土工程解決方案、風(fēng)險(xiǎn)管理、政策和規(guī)劃、道路安全、自治以及創(chuàng)新培訓(xùn)解決方案和技術(shù)部署?！?至于國(guó)家安全，該公司表示：“我們的根源始于 1979 年的軍事支持，模擬和分析武器效果并開(kāi)發(fā)新的武器系統(tǒng)以提高我們部隊(duì)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。以建模和仿真為核心，ARA 已經(jīng)發(fā)展成為開(kāi)發(fā)保護(hù)設(shè)施、提高作戰(zhàn)人員效能的公司?！?/span>
△3D 打印和增材建造的趨勢(shì)
建筑3D打印涵洞結(jié)構(gòu)
阿肯色大學(xué)的項(xiàng)目也展示了建筑3D打印這一方向未來(lái)將是主流的技術(shù)趨勢(shì)。墨西哥混凝土巨頭 CEMEX 曾開(kāi)發(fā)出一種專有混凝土配方，可以將當(dāng)?shù)氐墓橇虾退嘤糜?3D 打印結(jié)構(gòu)，正如 COBOD 最近的 AC 項(xiàng)目所證明的那樣。同時(shí)，WASP 專注于主要使用本土土壤和粘土來(lái)建造其空調(diào)結(jié)構(gòu)。鑒于全球水泥行業(yè)的碳足跡，以及整體資源日益稀缺，向當(dāng)?shù)赝粱ㄖ牧系霓D(zhuǎn)變是自然而然的。
我們還看到增材制造協(xié)作機(jī)器人的使用率有所下降。盡管公開(kāi)使用它的公司數(shù)量很少，但我們只能想象，隨著用于材料擠壓和線弧增材制造的工業(yè)機(jī)械臂的快速增加，毫無(wú)疑問(wèn)，它們最終將被整合到一個(gè)工廠或協(xié)作環(huán)境。
到目前為止，AMBOTS 是少數(shù)展示將協(xié)作機(jī)器人用于 3D 打印并結(jié)合更廣泛的制造技術(shù)的企業(yè)之一。另一個(gè)是 DivergentTechnologies，其制造單元尚未公開(kāi)展示，但它依靠工業(yè)機(jī)械臂來(lái)組裝復(fù)雜的零件，這些零件是使用 SLMSolutions 的 12 激光 NXGXII 金屬 3D 打印機(jī)進(jìn)行 3D 打印的。該項(xiàng)目將為 AMBOTS 提供一個(gè)展示其大型機(jī)器人技術(shù)的機(jī)會(huì)。
用于基礎(chǔ)設(shè)施彈性的建筑 3D 打印
隨著全球變暖導(dǎo)致更多的極端天氣事件，快速應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害情況的需求也將增加。在這種情況下，可以想象到美國(guó)陸軍工程兵團(tuán)將裝滿工業(yè)機(jī)器人手臂的集裝箱部署到災(zāi)難現(xiàn)場(chǎng)，以修復(fù)由颶風(fēng)破壞的海防工事。同樣的技術(shù)可以用于海外沖突地區(qū)，在崎嶇地形上建造基地。
到那時(shí)，AMBOTS 開(kāi)發(fā)的程序可以移植到現(xiàn)場(chǎng)可能需要的其他機(jī)器人，例如材料運(yùn)輸或移動(dòng)巡邏單元。事實(shí)上，這家初創(chuàng)公司甚至可以根據(jù)工程團(tuán)隊(duì)的需要在該地點(diǎn)制造新的機(jī)器人。畢竟，它之前的一個(gè)項(xiàng)目是看到一群機(jī)器人建造了一輛汽車，然后把它開(kāi)出了迷你工廠車間。
增材建造技術(shù)有望成為在整個(gè)城市的關(guān)鍵點(diǎn)修復(fù)或建造彈性基礎(chǔ)設(shè)施的理想技術(shù)。正如3DPrint.com 宏觀分析師 Matt Kremenetsky 指出的那樣，國(guó)防部正在成為負(fù)責(zé)管理與加強(qiáng)供應(yīng)鏈相關(guān)的項(xiàng)目的部門(mén)，這是一個(gè)包括氣候適應(yīng)能力的總體概念。
來(lái)源：3D打印網(wǎng)
