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6D打印问世:机器人与3D打印完美结合

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  3D打印刚刚做好噱头,6D打印又出现了。两者有什么区别?还要从两个规则的结构入手。

  在去年7月举办的“数字未来”暑期设计营中,由同济大学学生打造的六轴机器人与3D打印机相结合的打印装置成为一大亮点,旨在扫清设计与制造之间的壁垒,让建筑师快速准确地实现自己的设计。研究小组称之为6D印刷,其中6D指的是库卡机器人的六个轴。

  我们说传统的3D打印方式是按照水平切片打印,然后叠加形成一个整体模型。这个过程只能反映模型的形成状态,而不能反映结构的自然生长和结构逻辑。从仿生学的角度来看,这个项目模仿蜘蛛织网的原理,即从一个点出发,复杂空间的自然建构逻辑沿着结构路径生长。

  同时,研究团队还对传统的打印设备进行了优化,使用库卡机械臂作为打印头,可以在空间中沿着不同的路径打印曲线。其中,打印工具头采用灵活多变的机械设计,共有四个打印喷嘴,其中三个喷嘴可以定时开启和关闭,从而在打印过程中改变导线的横截面形状,形成类似蜘蛛丝的结构强度的导线。

  那么,6D印刷设备是如何工作的呢?主要由库卡机器人和3D打印喷头组成。而六轴机器人按照模型中的路径运动,3D打印喷嘴打印,最终形成空间曲面。位于机械臂末端的工具头包含四个打印喷嘴,其中三个是可移动喷嘴,由附加电路和机械设备控制,可以在两种状态之间摆动。沿着打印路径,固定喷嘴可以完全贴合模型曲线,三个活动喷嘴可以逐一开合,形成特殊的截面形状来打印摆动曲线,从而增强模型的结构强度。

  在打印之前,机器人、工作头和锚定平面都要处于准确的校准位置,而最外面的铝制框架正好保证了这一点,使得整个装置更加系统和完整。

  整个3D打印系统由独立电路控制,包括供料装置、挤压输送装置、加热装置、速度/温度控制装置和操作面板。此外,由于打印头工作时会产生大量热量,为了使打印丝立即凝固,该装置还设计了冷却系统,利用空气压缩机向打印头前端连续吹大量空气,使受热熔化的ABS丝冷却定型。

  库卡六轴机器人携带3D打印喷头,可根据模型结构进行3D打印,库卡的移动通过离线编程完成,使空间的3D打印与通用建模软件完美对接。

  最后,让我们看看6D打印设备的打印头。特殊路径之间的3D打印对耗材的结构要求很高。机械臂前端的3D打印喷嘴经过特殊处理,即三个活动喷嘴和一个固定喷嘴,可以打印出类似蜘蛛丝的微结构,打印出的材料也可以立即定型。