NTU di Singapore continua lo sviluppo di robot di costruzione di stampa 3D mobile simultanea

Il professore di NTU Pham Quang Cuong (3 ° da sinistra) con il suo team multidisciplinare di ricercatori composto da robotisti, ingegneri civili, ingegneri meccanici e scienziati dei materiali, con la struttura in cemento 3D stampata dai due robot contemporaneamente in un’unica stampa.
Nel mese di agosto, un team multidisciplinare di ricercatori della Nanyang Technological University di Singapore ( NTU Singapore ) ha pubblicato un documento nel giornale di automazione per l’ingegneria civile del loro lavoro nello sviluppo di un metodo di costruzione robotica intelligente, in cui due robot lavorano simultaneamente alla stampa 3D a struttura in cemento . La stampa 3D su larga scala di oggetti, come gli edifici, è possibile, ma i vincoli di volume e il tempo possono ancora essere problemi … a meno che, naturalmente, non si inseriscano nell’equazione robot mobili in grado di eseguire la stampa 3D concreta sincronizzata.

Il  team NTU Singapore per la stampa 3D (SC3DP) che sviluppa la tecnologia è guidato dal professore assistente Pham Quang Cuong con la Scuola di Ingegneria meccanica e aerospaziale della NTU, che ha anche lavorato a un progetto collaborativo questa primavera in cui due bracci robotici autonomi hanno assemblato una sedia IKEA in meno di 9 minuti.

Il professore di NTU Pham Quang Cuong (R) lavora con la dottoressa Zhang Xu, studentessa di dottorato, per sviluppare metodi più veloci e più efficienti di strutture in calcestruzzo per la stampa 3D.
Il professor Pham ha spiegato: “Abbiamo immaginato un gruppo di robot che possono essere trasportati in un cantiere, stampare grandi pezzi di strutture in cemento e passare al progetto successivo una volta stampate le parti.

“Questa ricerca si basa sulla conoscenza che abbiamo acquisito dallo sviluppo di un robot in grado di assemblare autonomamente una sedia Ikea. Ma questo ultimo progetto è più complesso in termini di pianificazione, esecuzione e su scala molto più ampia “.
Il metodo del team di stampa 3D concorrente o sciama sta gettando le basi per le squadre di robot di costruzione mobili per stampare in 3D strutture ancora più grandi, come edifici pieni, in futuro. Al momento, per realizzare grandi strutture in calcestruzzo sono necessarie stampanti 3D di grandi dimensioni più grandi degli oggetti che stanno costruendo. Poiché la maggior parte dei cantieri ha vincoli di spazio da affrontare, questo non è un metodo di produzione realmente realizzabile.

“La scalabilità è un problema comune alla maggior parte dei processi di stampa 3D esistenti, in cui le dimensioni del progetto sono strettamente limitate dal volume della camera della stampante 3D. Questo problema è più pronunciato nel settore dell’edilizia e delle costruzioni, dove non è pratico disporre di stampanti più grandi degli edifici reali “, spiega l’abstract del documento del team.
Ma usare diversi robot mobili per stampare in 3D allo stesso tempo significa che strutture più grandi, come facciate speciali e caratteristiche architettoniche, possono essere costruite ovunque, a condizione che il sito di lavoro abbia abbastanza spazio per i robot da spostare. Sarà anche possibile produrre strutture su richiesta ad una velocità molto più veloce.

In soli otto minuti, i robot del team NTU di Singapore hanno potuto stampare in 3D una struttura in cemento, utilizzando una miscela di cemento appositamente formulata, che misurava 1,86 x 0,46 x 0,13 m. Ci sono voluti due giorni perché la struttura si indurisse e una settimana per raggiungere la massima potenza prima che fosse considerata pronta per l’installazione. Il mix di cemento stampabile 3D del team consente inoltre di creare design unici che non possono essere completati con metodi di fusione tradizionali.

Ovviamente non è facile usare due robot mobili per stampare contemporaneamente una struttura in cemento. Entrambi i robot devono spostarsi in posizione e iniziare a stampare senza urtare l’altro. Inoltre, non era possibile stampare la struttura in segmenti separati, in quanto le giunture tra le parti non si sarebbero unite correttamente se il materiale non si sovrapponesse durante la stampa 3D.

Il processo multi-step del team inizia con l’utilizzo di un computer per mappare il progetto e assegnare a ciascun robot una parte specifica della stampa 3D. Quindi, viene utilizzato uno speciale algoritmo per assicurarsi che i robot non si scontrino durante la stampa. Per una consistenza ottimale, il mix di calcestruzzo liquido specializzato deve essere miscelato uniformemente, allo stesso tempo, durante la miscelazione e il pompaggio.

Una volta che il materiale è pronto, i robot si spostano in posizione con il posizionamento preciso della posizione e iniziano la stampa 3D delle parti, assicurandosi che l’allineamento sia corretto e le giunture si sovrappongano correttamente.

Quando si combinano tecnologie industriali rivoluzionarie come la stampa 3D con altri come l’intelligenza artificiale, la robotica, la scienza dei materiali e i metodi di produzione ecologica, è possibile farle avanzare ulteriormente.

“Questo progetto di stampa multi-robot è altamente interdisciplinare e richiede ai roboticisti di lavorare con gli scienziati dei materiali per realizzare il calcestruzzo stampabile. Per ottenere il risultato finale di una solida struttura concreta, abbiamo dovuto combinare le loro competenze con ingegneri meccanici ed esperti di ingegneria civile “, ha affermato il professor Chua Chee Kai, direttore esecutivo del Singapore Centre for 3D Printing.

“Tale innovazione dimostra al settore ciò che è fattibile ora e dimostra ciò che è possibile in futuro se siamo creativi nello sviluppo di nuove tecnologie per aumentare i metodi di costruzione e di costruzione convenzionali”.
Il team di NTU Singapore si concentrerà ora sull’integrazione di più robot per la stampa 3D di strutture più grandi, oltre a migliorare il materiale concreto per garantire una polimerizzazione più rapida e l’ulteriore ottimizzazione del loro algoritmo di stampa 3D per prestazioni costanti. La National Research Foundation, Singapore ( NRF Singapore ) e Sembcorp Design and Construction , un importante partner di ricerca industriale di SC3DP , stanno supportando il progetto.

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