Forskare från Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) har utvecklat en teknik där två robotar kan arbeta unisont för att 3-D-printa en betongkonstruktion. Denna metod för samtidig 3D-utskrift, känd som svärmtryck, banar väg för ett team av mobila robotar att skriva ut ännu större strukturer i framtiden. Utvecklad av biträdande professor Pham Quang Cuong och hans team vid NTU:s Singapore Center for 3-D Printing, denna nya multi-robotteknologi rapporteras i Automation inom byggbranschen . NTU-forskaren låg också bakom Ikea Bot-projektet tidigare i år, där två robotar satte ihop en Ikea-stol på cirka nio minuter.

Med hjälp av en speciellt formulerad cementblandning lämplig för 3D-utskrift, denna nya utveckling kommer att möjliggöra unika betongkonstruktioner som för närvarande är omöjliga med konventionell gjutning. Strukturer kan också tillverkas på efterfrågan och under en mycket kortare period.

För närvarande, 3D-utskrift av stora betongkonstruktioner kräver enorma skrivare som är större än de utskrivna objekten, vilket är omöjligt eftersom de flesta byggarbetsplatser har utrymmesbegränsningar. Att använda flera mobila robotar som kan 3D-skriva ut synkront innebär att stora strukturer och specialdesignade fasader kan skrivas ut var som helst, så länge det finns tillräckligt med utrymme för robotarna att röra sig på arbetsplatsen.

NTU-robotarna 3-D-printade en betongkonstruktion som mätte 1,86 m x 0,46 m x 0,13 m på åtta minuter. Det tog två dagar att härda och en vecka för den att uppnå sin fulla styrka innan den var klar för installation.

"Vi föreställde oss ett team av robotar som kan transporteras till en arbetsplats, skriva ut stora bitar av betongkonstruktioner och gå sedan vidare till nästa projekt när delarna har skrivits ut, " förklarade Asst Prof Pham från NTU:s School of Mechanical and Aerospace Engineering.

"Denna forskning bygger på den kunskap vi har fått från att utveckla en robot för att autonomt montera en Ikea-stol. Men det här senaste projektet är mer komplext när det gäller planering, avrättning, och i mycket större skala."

Att skriva ut betongkonstruktioner samtidigt med två mobila robotar var en stor utmaning, eftersom båda robotarna måste flytta på plats och skriva ut sina delar utan att kollidera med varandra. Att trycka betongkonstruktionen i segment är inte heller acceptabelt, eftersom fogar mellan de två delarna inte kommer att binda ordentligt om betongen inte överlappar under tryckprocessen. Denna flerstegsprocess börjar med att kartlägga designen som ska skrivas ut och tilldela en specifik del av utskriften till en robot. Den använder sedan en speciell algoritm för att säkerställa att var och en av robotarmarna inte kolliderar under den samtidiga utskriften.

Genom att använda exakt positionering, robotarna flyttar sig sedan på plats och skriver ut delarna i bra inriktning, se till att skarvarna mellan de separata delarna överlappas. Till sist, blandning och pumpning av den specialiserade flytande betongblandningen måste blandas jämnt och synkroniseras för att säkerställa konsistens. Professor Chua Chee Kai, verkställande direktör för Singapore Center for 3-D Printing, nämnda störande Industry 4.0-tekniker som additiv tillverkning kan avanceras ytterligare när de kombineras med andra innovativa teknologier som robotik, AI, materialvetenskap och gröna tillverkningstekniker.

"Detta utskriftsprojekt med flera robotar är mycket tvärvetenskapligt, kräver att robotister samarbetar med materialvetare för att göra tryckbar betong. För att uppnå slutresultatet av en stark betongkonstruktion, vi var tvungna att kombinera deras expertis med maskiningenjörer och civilingenjörsexperter. Denna innovation visar för industrin vad som är möjligt nu, och bevisar vad som är möjligt i framtiden om vi är kreativa i att utveckla ny teknik för att utöka konventionella bygg- och konstruktionsmetoder."

Går vidare, NTU:s forskargrupp kommer att titta på att integrera ännu fler robotar för att skriva ut större strukturer, optimera utskriftsalgoritmen för konsekvent prestanda och förbättra betongmaterialet för snabbare härdning.