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受蜘蛛網啟發的KUKA 6軸3D列印機

本帖最後由 趙志瑋 於 2017-5-9 17:40 編輯

2014年7月,由同濟大學建築與城市規劃學院所主辦,同濟大學建築設計研究院、上海同濟城市規劃設計院和德稻教育協辦,為期三週的"數字未來"上海夏季研討會上,一群來自同濟大學的學生發表一款6軸KUKA機器人與3D列印機相結合的裝置,開發團隊稱它為6D列印,其中的6D指的是機器人的6個軸。該團隊由史紀、劉潯、羅瑞華、崔宇旗、李曉琳所組成,指導老師是來自清華大學的袁峰副教授。該團隊開發出這個結合了6軸機器人的3D列印機,主旨在於消除"設計"與"製作"之間的界限,讓建築師能快速、準確地實現他們的設計。



一般來說,工業機器人都有專用的控制系統,然而這個實驗性質的KUKA機械手臂採用了Arduino MEGA,打造出6軸3D列印機,仿造自然界的物質。
開發團隊表示,"傳統的3D列印方式是依照水平切片列印,然後堆疊形成整體模型,這個過程只能反映出模型的成型狀態,並未反映結構的自然生長與建構邏輯。這個專題由仿生學的角度出發,透過模仿蜘蛛網的建構過程,即由一點開始,沿著結構路徑生長出複雜空間的自然建構邏輯。"


這款KUKA機械手臂安裝了特製的工具頭(3D列印擠出頭),將其作為列印頭,可在空間中沿不同路徑列印曲線。雖然其尺寸很大,但仔細觀察會發現,溫度和擠出頭大多是交給Arduino MEGA控制。

此外,列印工具頭採用靈活可變的機械設計,共有4個列印噴頭、3個活動噴頭以及1個固定噴頭。



固定噴頭可以完全擬合模型曲線,3個活動噴頭則由附加的電路以及機械裝置控制,可在兩個狀態間隙擺動,沿著列印路徑,有規律地一張一合,從而改變列印過程中線材定型時的截面形狀,形成像是蜘蛛網似的擁有結構強度的線材。
透過模仿蜘蛛網的細微結構,將創新的生產方式融入3D列印中,得以讓我們列印簡易的自立式結構,並展現出這個結構如何從無到有。如此一來,透過仿生列印可以幫助材料能夠發揮其自身的最大潛能。



機械手臂終端器的程式編碼主要依賴Arduino。每個列印頭都內置加熱器,而加熱器都有經過特殊程式編碼,將溫度維持在適度的範圍內。另外,因為列印頭工作時會產生大量的熱量,因此,便用空氣壓縮機將氣流持續大量的吹向列印噴頭前端,使受熱融化的ABS線材冷卻定型。

材料(ABS塑膠)有四個傳輸系統,皆有各自的伺服機,它們的工作就像一般的3D印表機。此外,有一個馬達負責旋轉位於中央的轉盤。傳輸和旋轉的速度,皆透過中央開關來調整,這款機械臂可依照設計者的構想調整結構形狀。

最後我們來看看6軸KUKA機器人運作的影片吧。


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