MIT开发一个可以3D打印整个建筑物的基本结构的系统

可以通过3D印刷生产的材料列表已经生长为不仅包括塑料，还包括金属，玻璃，甚至食物。现在，麻省理工学院研究人员正在进一步扩展名单，其中设计了一个可以3D打印整个建筑物的基本结构的系统。

来自麻省理工学院的工程师设计了一个系统，可以在未来3D打印整个建筑物的基本结构，可能会在未来实现更快，更便宜，更适应的建筑施工。该系统由携带大型工业机器人臂的履带式车辆组成，其在其端部具有较小的精密运动机器人臂。

可以通过3D印刷生产的材料列表已经生长为不仅包括塑料，还包括金属，玻璃，甚至食物。现在，麻省理工学院工程师正在进一步扩展该列表，设计一个可以3D打印整个建筑物的基本结构的系统。

研究人员说，使用该系统建造的结构比传统的施工方法更快，更少地提供生产。建筑物也可以完全定制到特定地点的需求和其制造者的欲望。即使是内部结构也可以以新的方式修改;可以将不同的材料结合，因为该过程沿途沿途，并且可以改变材料密度以提供优化的强度，绝缘或其他性能的最佳组合。

研究人员表示，这种方法可以使设计和构造具有与传统建筑方法不可行的新建筑物。

机器人系统本周在杂志科学机器人中描述，史蒂文·基辛博士博士，在麻省理工学院媒体实验室的介导的物质组中的机械工程研究生和前研究联盟; julian Leland和Levi Cai，介导的物质集团的研究助手;媒体艺术与科学团体董事和副主任副院长。

该系统由携带大型工业机器人臂的履带式车辆组成，该臂在其端部具有较小的精密运动机器人臂。然后可以使用该高度控制的臂用于指导任何常规（或非常规）结构喷嘴，例如用于浇注混凝土或喷涂绝缘材料的那些，以及诸如铣头的额外数字制造端效应器。

与典型的3D打印系统不同，其中大部分使用某种封闭的固定结构以支撑它们的喷嘴，并且仅限于可以安装在整个外壳内的建筑物，这种自由移动系统可以构造任何尺寸的物体。作为概念证明，研究人员使用了原型来构建了50英尺直径，12英尺高的圆顶的墙壁的基本结构 - 在不到14小时的“印刷”时间内完成的项目。

对于这些初始测试，系统制造了用于形成成品混凝土结构的泡沫绝缘框架。这种结构方法，其中聚氨酯泡沫模具用混凝土填充，类似于传统的商业绝缘混凝土模板技术。在这种方法遵循他们的初始工作之后，研究人员表明，该系统可以很容易地适应现有的建筑工地和设备，并且它将适合现有的建筑码而不需要全新的评估，Keating解释说。

最终，系统旨在自给自足。它配备了一个可用于制备建筑物表面的勺子，并获得施工本身的污垢，如泥土的污垢。整个系统可以电动操作，甚至由太阳能电池板供电。这个想法是，这种系统可以部署到远程区域，例如在发展中国家，或者在大型风暴或地震后救灾的区域，以迅速提供耐用的避难所。

最终的愿景是“在未来，有一些完全自主的东西，你可以送到月球或火星或南极洲，它只会外出并使这些建筑物成为多年的人，”在发展的发展系统作为他的博士论文工作。

但与此同时，他说：“我们也想表明我们可以立即使用明天的东西。”这就是团队用其初始移动平台所做的。“通过这个过程，我们可以取代制造建筑物的一个关键部分，现在”他说。“明天可以融入建筑工地。”

“建筑行业仍然主要以其数百年的方式做事，”Keating说。“建筑物是直线的，主要由单件材料制成，与锯和指甲一起，”大多由标准化计划建造。

但是，Keating想知道，如果每个建筑物都可以使用现场环境数据进行设计和设计，怎么办？将来，这种建筑物的支撑柱可以基于场地的地面穿透雷达分析放置在最佳位置，并且壁可以根据定向而具有变化的厚度。例如，建筑物可以在寒冷气候的北侧具有较厚的，更多的绝缘墙，或从底部到顶部的墙壁作为其承载要求减少，或帮助结构承受风的曲线。

该系统的创建，研究人员称为数字建设平台（DCP），受到介导的物质集团的整体愿景，无需零件。这种视觉包括例如将“结构和皮肤，”和梁和窗口组合，在单一生产过程中，随着结构的构建，在飞行中调整多个设计和施工过程。

Oxman表示，Oxman说，该项目“挑战了传统的建筑类型，如墙壁，地板或窗户，以及可以使用可以连续改变其性质的DCP来制造单个系统以形成连续的墙壁状元件。融入窗户。“

为此，新的3-D印刷系统的喷嘴可以适于改变浇注的材料的密度，甚至可以在其沿线混合不同的材料。在初始测试中使用的版本中，该器件创建了一个绝缘泡沫壳，在浇注混凝土后将留在适当位置;内部和外部饰面材料可以直接施加到该泡沫表面上。

该系统甚至可以创造复杂的形状和悬垂，该团队通过在原型圆顶中包括广泛的内置长凳来演示。可以在浇注混凝土之前将任何所需的布线和管道插入模具中，立即提供成品墙面结构。它还可以使用内置传感器来包含关于在过程中收集的站点的数据，用于温度，光线和其他参数，以便在构建时对结构进行调整。

Keating表示，该团队的分析表明，这种施工方法可以比现在的方法更快，更少地发出结构，并且也会更加安全。（建筑业是最危险的职业之一，该系统需要更少的动手工作。）另外，由于结构和厚度可以针对结构上所需的内容而优化，而不是必须与更原木材和其他材料中可用的东西相匹配，因此可以减少所需的材料总量。

虽然该平台代表了工程前进，但奥克斯曼笔记。“让它更快，更好，更便宜的是一回事。但是，在单个构建中设计和数字制造多功能结构的能力体现了从机器时代到生物学时代的转变 - 从考虑到建筑物作为一种机器，以居住在标准化部分，建筑物作为生物体，这在计算上生长，含量加剧，并且可能是生物学增强。“

“所以对我来说不仅仅是一个打印机，”她说，“但是一项完全新的思考方式，促进了数字制造领域的范式转变，也有助于建筑设计。… 我们的系统指出了数字建筑的未来愿景，使我们的星球和超越的新可能性。“

出版物：史蒂文J. Keating等，“朝着建筑秤上的特定于场地和自给式机器人制造，”科学机器人2017年4月26日：卷。2，问题5，EAAM8986; DOI：10.1126 / scirrobotics.aam8986.