随着日本人口老龄化和建筑劳动力萎缩给建筑业带来越来越大的压力，清水建设株式会社正转向一种新型的3D打印技术。该公司开发了一种喷涂式系统，旨在制造大型、曲面钢筋混凝土构件。与挤出式打印机不同，该方案通过机器人喷嘴喷涂特殊的混凝土混合物，而不是逐层堆积。这使得机器人能够构建出传统混凝土打印技术难以实现甚至无法实现的形状。
这种方法允许以多种角度和钢筋笼周围喷涂混凝土。这对于结构施工而言是一项重大变革，尤其是在钢筋混凝土至关重要的地震区。大多数现有的混凝土打印机在处理钢筋时都面临挑战。喷涂打印克服了这一限制，实现了真正的结构3D打印。
模拟如何改进喷涂打印
混凝土喷射威力强大，但难以预测。根据喷嘴距离、角度和凝固速度的不同，材料可能会弹跳、流动或扩散。为了控制这种现象，清水建设与卡内基梅隆大学计算工程与机器人实验室合作开发了一套材料喷射模拟器。
该软件模拟混凝土在空中运动并在表面上的成型过程。工程师可以在打印前测试轨迹、投射角度和速度。这使他们能够提前选择最精确、最高效的策略，从而减少缺陷和材料浪费。此外，它还能确保打印出的几何形状与原始数字设计相符。
清水设计的机器人是为大型钢筋混凝土结构而打造的。
该打印系统结合了七轴机械臂和双轴龙门架，使其拥有九个自由度。其打印尺寸为深六米、宽四米、高三米。喷嘴可以向多个方向喷射，即使在密集的钢筋笼内也能进行打印。
在最近的一次演示中，该机器人打印出一面2.5米高的扭曲混凝土墙，其上下两部分向外延伸。整个结构仅用了四个小时就打印完成，这证明了该系统能够处理建筑尺度的复杂几何形状，包括悬挑和曲面造型。
对清水而言，这项技术并非新鲜事物。随着日本建筑行业劳动力的萎缩，自动化变得至关重要。3D投影打印技术既能减少人工劳动，又能为钢筋混凝土结构的建筑师和工程师拓展更多可能性。
来源：魔猴
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