新加坡南洋理工大學（NTU）的科學家開發了一個單機器人工業平臺，該平臺使用增材制造（AM）來創建混凝土結構。該團隊的機械臂采用移動打印的方法，能夠單獨進行3D打印不同尺寸的單件結構，并完成大規模的建筑打印。該機器人的發展除了可以擴大3D打印的混凝土結構的規模和結構特性外，還可以使其在建筑領域更有效地應用AM。

“我們的系統安裝在移動機器人上。“ NTU副教授Pham Qunag Cuong說：“通過在空中移動機器人基座的能力，我們的機器人可以打印比自身更大的結構。此外，擁有可移動的底座還可以更輕松地將機器人帶入施工現場并在內部移動。”

在混凝土生產中利用3D打印

3D打印材料和系統設計方面的進步帶來了全自動施工的前景，但可擴展性仍然是在建筑和施工中廣泛采用AM的主要障礙。對于許多現有的龍門和基于臂的打印系統，它們可以打印的結構的大小受龍門的有限體積或機器人手臂的作用范圍的限制。雖然某些3D打印機已安裝到移動平臺上，但僅在系統靜止時才可以執行打印，從而限制了可以單次生產的結構的尺寸。

研究小組之前的工作已經解決了其他研究中遇到的可擴展性問題。該系統的設計采用了具有完整移動底座的多臂式打印機來擴大其可打印區域，因此設計該系統使其不會因體積限制和交貨時間長等常見問題而受阻。這些系統需要大量的預編程，包括創建優先考慮避免碰撞的多個打印路徑，因此該團隊發布了更新的設計。

為了提高他們的“邊移動邊打印”范式，研究人員使用單個移動機器人打印機創建了任意大小的單件結構。在移動的同時進行3D打印需要仔細計劃和協調這些動作。此外，精確的機器人定位和反饋運動控制對于確保噴嘴以正確的速度沉積混凝土至關重要。如果噴嘴位置在兩個連續的層之間偏移超過1 cm，則結構可能會塌陷。盡管存在這些挑戰，研究團隊仍然相信，他們的修改方法將克服以前基于臂和龍門架設計的可擴展性限制。

團隊的機械臂固定在完整的移動基座上，從而可以自由移動。圖片來自電氣和電子工程師協會。

構造和測試新的機械臂

通過使用Optitrack運動捕捉系統，該團隊能夠通過在空中打印過程中捕捉3D打印臂的運動來測試3D打印臂的精度。該平臺足夠精確，可以構建十層混凝土，產生的外觀與現有基礎系統相似。此外，發現裝配線與打印機所需路徑之間的最大距離為9.8毫米，這比以前使用傳統機器記錄的最佳情況20毫米要好得多。

在生產環境中進行測試時，研究團隊的平臺能夠創建210厘米×45厘米×10厘米（長，寬，高）的結構，該結構明顯大于機器人手臂的可及范圍（87厘米）。而且，在材料固化之后，該結構被證明具有足夠的堅固性，可以翻轉并放在其側面而不會破裂。

盡管如此，該團隊采用這種新方法所帶來的生產率和準確性優勢仍然可以允許使用3D打印以更快的速度創建更復雜的結構，如Cuong解釋說：“我們正計劃向我們的機器人添加協作功能。這樣做的想法是讓操作人員用手拿著機器人，然后將其沿建筑工地移向所需位置，并引導其實現高精度組裝。”

建筑行業的3D打印

紐約大學坦頓工程學院的機器人專家于2019年10月開始設計一組配備3D打印機的機器人，用于自主和移動建筑。移動3D打印機旨在通過稱為“集體添加劑”的概念進行團隊合作制造（CAM）。