智利大學(xué)攀爬機(jī)器人+3D打印機(jī)，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(xué)的研究人員研究了一種可移動(dòng)的3D打印機(jī)，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(jī)器人和3D打印機(jī)的組合。

在論文中，研究人員團(tuán)隊(duì)介紹了Koala 3D系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、構(gòu)造和特性，以及在垂直制造的圓柱和雕像上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)和測(cè)試。 論文的作者解釋說，從結(jié)果來(lái)看，Koala 3D在建筑和產(chǎn)品制造中具有廣泛的潛在應(yīng)用。

30×30 mm 截面和200 mm高的打印過程，圖片來(lái)自Juan Cristobal Zagal。

攀登的Koala 3D打印機(jī)

研究人員通過解釋說，傳統(tǒng)制造機(jī)器生產(chǎn)的零件尺寸受到機(jī)器本身尺寸的限制。 “例如，雖然塑料注射成型機(jī)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(huì)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(jī)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(dòng)，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(jì)了一種機(jī)器，能夠通過結(jié)合3D打印機(jī)和攀爬機(jī)器人來(lái)沿所構(gòu)建的對(duì)象垂直方向移動(dòng)。

最初的設(shè)計(jì)概念由兩個(gè)主要組件組成：打印機(jī)部分和爬升部分。攀升部分通過一對(duì)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)的夾具而起作用，下部夾緊機(jī)構(gòu)位于打印機(jī)主體的底部，而上部夾緊機(jī)構(gòu)可在打印機(jī)的底部和上部之間自由移動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)無(wú)限的運(yùn)動(dòng)范圍，研究人員確保始終將一個(gè)夾具固定在梁上，而另一個(gè)夾具繼續(xù)尋找新的固定點(diǎn)，從而導(dǎo)致“打印-重新排列-打印-重新排列”的重復(fù)過程。

在重新錨固期間使用千分尺測(cè)量機(jī)器跌落的示例，圖片來(lái)自Juan Cristobal Zagal。

與現(xiàn)有的流行3D打印機(jī)相比，研究人員著手設(shè)計(jì)一種更堅(jiān)固的定位系統(tǒng)，主要是在尺寸和重量方面。平臺(tái)設(shè)計(jì)為在x-y平面上覆蓋45mm x 45mm的擠出機(jī)運(yùn)動(dòng)范圍，目的是在此運(yùn)動(dòng)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(shí)，研究團(tuán)隊(duì)選擇了J-Head E3D擠出機(jī)，因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)緊湊，重量輕且性能良好。

在設(shè)計(jì)完系統(tǒng)之后，團(tuán)隊(duì)隨后進(jìn)行許多實(shí)驗(yàn)和測(cè)試以進(jìn)行評(píng)估，證明使用所提出的打印-重新整理-打印方案可以進(jìn)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(gè)不同大小的樣本，范圍從350毫米到850毫米，另外還有一個(gè)較小的部分也進(jìn)行了3D打印。

在討論該項(xiàng)技術(shù)的意義時(shí)，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(lái)研究和應(yīng)用，以及他們?cè)趧?chuàng)建Koala 3D攀巖打印機(jī)時(shí)遇到的三個(gè)問題：
（1）重新錨定后機(jī)器掉落了；
（2）高縱橫比下的結(jié)構(gòu)振動(dòng)；
（3）零件和基礎(chǔ)之間的初始對(duì)齊。

解決這些問題對(duì)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(dòng)機(jī)械非常重要。

對(duì)象制造過程，圖片來(lái)自Juan Cristobal Zagal

在建筑類的3D打印項(xiàng)目中，通常3D打印硬件僅限于使物體小于機(jī)器結(jié)構(gòu)本身，這不僅限制了設(shè)計(jì)自由度，而且在不得不將大型設(shè)備從一個(gè)位置轉(zhuǎn)移到另一個(gè)位置時(shí)，導(dǎo)致許多后勤上的麻煩。智利大學(xué)研究人員探索了攀巖打印機(jī)的概念，他們?yōu)榫徑獯笮?D打印建設(shè)項(xiàng)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