6D打印問世：機(jī)器人與3D打印完美結(jié)合

　　在去年7月份舉辦的“數(shù)字未來”暑期設(shè)計(jì)工作營上，由同濟(jì)大學(xué)學(xué)生創(chuàng)建的六軸機(jī)器人與3D打印機(jī)結(jié)合的打印裝置成為一大亮點(diǎn)，旨在清除設(shè)計(jì)與制造之間的屏障，以便建筑師能快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)他們的設(shè)計(jì)。研究團(tuán)隊(duì)稱其為6D打印，其中6D則指的是KUKA機(jī)器人的六個(gè)軸。

　　我們說，傳統(tǒng)的3D打印方式是依照水平切片打印，然后疊合形成整體模型，此過程只能反映出模型的成型狀態(tài)，而不能反映結(jié)構(gòu)的自然生長與結(jié)構(gòu)邏輯。該項(xiàng)目則是從仿生學(xué)的角度出發(fā)，模仿蜘蛛吐絲織網(wǎng)原理，即由一點(diǎn)開始，沿著結(jié)構(gòu)路徑生長出復(fù)雜空間的自然建構(gòu)邏輯。

　　與此同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)還對(duì)傳統(tǒng)的打印設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化，利用KUKA機(jī)器臂作為打印頭，可在空間中沿不同路徑打印曲線。其中，打印工具頭采用了靈活可變的機(jī)械設(shè)計(jì)，共4個(gè)打印噴頭，其中3個(gè)噴頭可以有規(guī)律地一張一合，從而改變打印過程中線材定型時(shí)的截面形狀，形成與蛛絲類似的具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的線材。

　　那么，6D打印裝置如何工作呢?其主要由kuka機(jī)器人以及3D打印噴頭構(gòu)成，在六軸機(jī)器人按模型中的路徑移動(dòng)的同時(shí)，3D打印噴頭進(jìn)行打印，最終形成空間曲面。位于機(jī)器手臂末端的工具頭，包含4個(gè)打印噴頭，其中3個(gè)為活動(dòng)噴頭，由附加的電路以及機(jī)械裝置控制，可在兩個(gè)狀態(tài)間隙擺動(dòng)，沿著打印路徑，固定的噴頭可以完全擬合模型曲線，3個(gè)活動(dòng)噴頭則可以一張一合，形成特殊的截面形狀打印擺動(dòng)曲線，增強(qiáng)模型的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

　　打印前，要將機(jī)器人、工作頭以及錨固平面處于精確的校準(zhǔn)位置，而最外層的鋁型材框架正好保證了這一點(diǎn)， 令整套裝置更加具有系統(tǒng)性和完整性。

　　整套3D打印系統(tǒng)由獨(dú)立的電路控制，包含供應(yīng)裝置、擠壓運(yùn)送裝置、加熱裝置、速度/溫度控制裝置以及操作面板。此外，由于打印頭工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，為使打印線材即時(shí)凝固，裝置還設(shè)計(jì)了冷卻系統(tǒng)，用空氣壓縮機(jī)將氣流持續(xù)大量的吹向打印噴頭前端，使受熱融化的ABS線材冷卻定型。

　　KUKA六軸機(jī)器人承載3D打印噴頭，可根據(jù)模型結(jié)構(gòu)按照合理的路徑進(jìn)行3D打印，KUKA的運(yùn)動(dòng)則由線下編程完成，從而令空間6D打印與通用建模軟件完美對(duì)接。

　　最后，我們?cè)賮砜纯?D打印裝置的打印噴頭。介于特殊路徑的3D打印對(duì)耗材結(jié)構(gòu)性要求頗高，機(jī)器臂前端的3D打印噴頭經(jīng)過了特殊處理，即3個(gè)活動(dòng)噴頭和1個(gè)固定噴頭，可打印類似蛛絲的微觀結(jié)構(gòu)，打印成型的材料也可即時(shí)定型。