6D打印問(wèn)世：機器人與3D打印完美結合

　　在去年7月份舉辦的“數字未來(lái)”暑期設計工作營(yíng)上，由同濟大學(xué)學(xué)生創(chuàng )建的六軸機器人與3D打印機結合的打印裝置成為一大亮點(diǎn)，旨在清除設計與制造之間的屏障，以便建筑師能快速、準確地實(shí)現他們的設計。研究團隊稱(chēng)其為6D打印，其中6D則指的是KUKA機器人的六個(gè)軸。

　　我們說(shuō)，傳統的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(guò)程只能反映出模型的成型狀態(tài)，而不能反映結構的自然生長(cháng)與結構邏輯。該項目則是從仿生學(xué)的角度出發(fā)，模仿蜘蛛吐絲織網(wǎng)原理，即由一點(diǎn)開(kāi)始，沿著(zhù)結構路徑生長(cháng)出復雜空間的自然建構邏輯。

　　與此同時(shí)，研究團隊還對傳統的打印設備進(jìn)行了優(yōu)化，利用KUKA機器臂作為打印頭，可在空間中沿不同路徑打印曲線(xiàn)。其中，打印工具頭采用了靈活可變的機械設計，共4個(gè)打印噴頭，其中3個(gè)噴頭可以有規律地一張一合，從而改變打印過(guò)程中線(xiàn)材定型時(shí)的截面形狀，形成與蛛絲類(lèi)似的具有結構強度的線(xiàn)材。

　　那么，6D打印裝置如何工作呢?其主要由kuka機器人以及3D打印噴頭構成，在六軸機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械裝置控制，可在兩個(gè)狀態(tài)間隙擺動(dòng)，沿著(zhù)打印路徑，固定的噴頭可以完全擬合模型曲線(xiàn)，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(xiàn)，增強模型的結構強度。

　　打印前，要將機器人、工作頭以及錨固平面處于精確的校準位置，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性和完整性。

　　整套3D打印系統由獨立的電路控制，包含供應裝置、擠壓運送裝置、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(xiàn)材即時(shí)凝固，裝置還設計了冷卻系統，用空氣壓縮機將氣流持續大量的吹向打印噴頭前端，使受熱融化的ABS線(xiàn)材冷卻定型。

　　KUKA六軸機器人承載3D打印噴頭，可根據模型結構按照合理的路徑進(jìn)行3D打印，KUKA的運動(dòng)則由線(xiàn)下編程完成，從而令空間6D打印與通用建模軟件完美對接。

　　最后，我們再來(lái)看看6D打印裝置的打印噴頭。介于特殊路徑的3D打印對耗材結構性要求頗高，機器臂前端的3D打印噴頭經(jīng)過(guò)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(lèi)似蛛絲的微觀(guān)結構，打印成型的材料也可即時(shí)定型。