智利大学攀爬机器人+3D打印机，打印比自己还大的物体

2020年3月31日，南极熊从外媒获悉，智利大学的研究人员研究了一种可移动的3D打印机，可以打印出比自身更大的物体。 系统被命名为“ Koala 3D”，是攀爬机器人和3D打印机的组合。

在论文中，研究人员团队介绍了Koala 3D系统的设计、构造和特性，以及在垂直制造的圆柱和雕像上进行的实验和测试。 论文的作者解释说，从结果来看，Koala 3D在建筑和产品制造中具有广泛的潜在应用。

30×30 mm 截面和200 mm高的打印过程，图片来自Juan Cristobal Zagal。

攀登的Koala 3D打印机

研究人员通过解释说，传统制造机器生产的零件尺寸受到机器本身尺寸的限制。 “例如，虽然塑料注射成型机通常很大，但它生产的零件要比自身小得多，大约在几立方厘米之间。而其他的减材制造设备，例如铣床、车床及其CNC同类产品，也会出现类似情况。”
但是，在增材制造中，与传统制造技术相比，机器体积通常更接近所生产零件的体积。因此，研究人员发现，如果能够自由移动，则3D打印可以帮助制造比其自身更大的物体。因此，研究人员设计了一种机器，能够通过结合3D打印机和攀爬机器人来沿所构建的对象垂直方向移动。

最初的设计概念由两个主要组件组成：打印机部分和爬升部分。攀升部分通过一对机器人驱动的夹具而起作用，下部夹紧机构位于打印机主体的底部，而上部夹紧机构可在打印机的底部和上部之间自由移动。为了实现无限的运动范围，研究人员确保始终将一个夹具固定在梁上，而另一个夹具继续寻找新的固定点，从而导致“打印-重新排列-打印-重新排列”的重复过程。

在重新锚固期间使用千分尺测量机器跌落的示例，图片来自Juan Cristobal Zagal。

与现有的流行3D打印机相比，研究人员着手设计一种更坚固的定位系统，主要是在尺寸和重量方面。平台设计为在x-y平面上覆盖45mm x 45mm的挤出机运动范围，目的是在此运动跨度下产生截面积为30mm x 30mm的垂直构件。选择打印头时，研究团队选择了J-Head E3D挤出机，因为其设计紧凑，重量轻且性能良好。

在设计完系统之后，团队随后进行许多实验和测试以进行评估，证明使用所提出的打印-重新整理-打印方案可以进行3D打印。他们使用爬升系统设置了大约3D打印的11个不同大小的样本，范围从350毫米到850毫米，另外还有一个较小的部分也进行了3D打印。

在讨论该项技术的意义时，研究人员提出了在建筑和产品开发行业中潜在的未来研究和应用，以及他们在创建Koala 3D攀岩打印机时遇到的三个问题：
（1）重新锚定后机器掉落了；
（2）高纵横比下的结构振动；
（3）零件和基础之间的初始对齐。

解决这些问题对于开发可以沿着它们生产的相同结构爬升的自动机械非常重要。

对象制造过程，图片来自Juan Cristobal Zagal

在建筑类的3D打印项目中，通常3D打印硬件仅限于使物体小于机器结构本身，这不仅限制了设计自由度，而且在不得不将大型设备从一个位置转移到另一个位置时，导致许多后勤上的麻烦。智利大学研究人员探索了攀岩打印机的概念，他们为缓解大型3D打印建设项目的问题开辟了许多途径。

研究人员MaximilianoVélez，EfrénToala和JuanCristóbalZagal撰写了题为“Koala 3D: A continuous climbing 3D printer”的论文，并发表在《 Robotics and Computer-Integrated Manufacturing》上。


编译自：3dprintingindustry