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同济大学学生的探索:空间6D打印设备

发布时间: 2015-02-04 07:00 来源: 天工社 作者: 网络 点击: 我要评论 条评论)

2014年7月,由同济大学建筑与城规学院主办,同济大学建筑设计研究院、上海同济城市规划设计院和德稻教育协办的为期三周的上海"数字未来"暑期设计工作营。该工作营由同济大学的袁烽副教授组织策划,从2011年开始举办,至今已经办了四届。在此次工作营上,一群来自同济大学的学生创建了一个将6轴KUKA机器人与3D打印机相结合的装置,开发团队称之为6D打印,其实6D指的只是机器人的6个轴。

该团队成员包括史纪、刘浔、罗瑞华、崔宇旗、李晓琳组成,指导老师为来自清华大学的于雷和工作营负责人袁峰副教授,该团队开发的这个结合了6轴机器人的3D打印机,旨在消除“设计”和“制造”之间的界限,让建筑师快速、准确地实现他们的设计。

开发团队称:“传统的3D打印方式依照水平切片打印,而后叠合形成整体模型,这个过程仅仅反映了模型的成型状态,并没有反映结构的自然生长与建构逻辑。本项目从仿生学的角度出发,学习了蜘蛛吐丝织网的建构过程:一种由一点开始,沿着结构路径生长出复杂空间的自然建构逻辑。”

史纪介绍说:“同时,我们对传统的打印设备进行了优化:利用KUKA机器臂承载打印工具头,可在空间中沿不同路径打印空间曲线。与此同时,打印工具头采取了可变的机械设计,4个打印喷头中,3个喷头可以规律性地一张一合,据此可以改变打印过程中线材定型时的截面形状,形成和蜘蛛丝类似、具有结构强度的线材。

这些改动,与其说创新,不如说是回归:当机器臂大幅度运转、打印头一张一合、空间结构沿着3维路径慢慢生长时,正式机器技术向自然建构的回归。”

那么这个6D打印装置是如何工作的呢?其主要部分由kuka机器人以及3D打印喷头构成。6轴机器人沿模型中的路径移动,同时3D打印喷头进行打印,依此形成空间曲面。机器手臂末端的工具头包含4个打印喷头,其中3个为活动的喷头,由附加的电路以及机械装置控制,可以在两个状态间隙摆动。工作时,沿着打印的路径上,固定的喷头可以完全拟合模型曲线,而3个活动的喷头可以一张一合,形成特殊的截面形状打印摆动的曲线,以增强模型的结构强度

更进一步说,这个空间6D打印装置是由以下主要功能部件组成的:

1、KUKA机器人——机器手臂

KUKA6轴机器人承载3D打印工具头,在可操作的空间中自由移动,为打印提供了多种位置与方向。在6轴机器人的控制下,3D打印喷头的工作方式,从以往的按照水平与垂直层叠打印方式,变成了根据模型结构按照合理路径的打印方式。这是符合自然界中的诸多生物(如蜘蛛)的自然建造逻辑的。

2、KUKA机器人——机箱

KUKA6的运动由线下编程完成(Rhinoi-GrasshopperKUKAPrc)。使得空间6d打印与通用建模软件完美对接。

3、3D打印喷头

由于按照特殊路径的3D打印对打印材料即时稳定的结构性要求颇高,机器臂前端的3D打印喷头经过特殊的设计:3个活动喷头和1个固定喷头可以打印类似于蜘蛛丝微观结构的打印素材。这样打印成型材料可以即时定型。

4、3D打印控制系统

整套3D打印系统由单独的电路控制。概括来讲,整套系统包含供应装置,挤压运送装置,加热装置,速度、温度控制装置以及操作面板

5、冷却气泵

由于打印工具头工作时产生大量热量,为了使打印线材即时凝固,装置设计了冷却的系统,由空气压缩机将气流持续大量吹向打印喷头前端,使得受热融化的ABS线材冷却定型。

6、工作框架

打印设备工作时,要求机器人、工作头、锚固平面处于精确的校准位置。最外层的铝型材框架保证了这一点,同时使得整套装置更加具有系统性和完整性。

(责任编辑:单刀)
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