德國GIMATIC吉瑪泰克機(jī)械抓手夾爪氣缸

用于未來建筑工地的 3D 混凝土打印機(jī)中的換刀裝置。

封面故事

如果：您可以使用符合您愿望的單個混凝土部件來建造您的房屋，同時減少二氧化碳排放，會發(fā)生什么？Printstones 初創(chuàng)公司知道如何做到這一點：其移動 3D 打印機(jī)可以直接在建筑工地上制造單個混凝土部件。Gimatic 的換刀系統(tǒng)在工業(yè)自動化領(lǐng)域廣為人知，可提供所需的靈活性。

這家來自維也納的初創(chuàng)公司 Printstones 自 2017 年以來一直致力于建筑行業(yè)的自動化。重點是開發(fā)一種 3D 打印工藝，用于在建筑工地上自動制造混凝土物體，該工藝通過兩個不同尋常的特征而脫穎而出。它是可移動的，可以打印建筑工地使用的混凝土和其他水泥材料。因此，傳統(tǒng)的模板板已成為過去。Herwig Hengl 博士是維也納技術(shù)大學(xué)衍生公司的創(chuàng)始人。大約五年前，當(dāng)他在材料與結(jié)構(gòu)力學(xué)研究所工作時，他第一次接觸到增材制造。“我們在開發(fā)一種可用于分析受力部件的張力和變形的模擬工具時提出了這個想法。為了驗證仿真結(jié)果，首先必須重新創(chuàng)建虛擬組件并施加應(yīng)力。由于這是一個非常昂貴且耗時的過程，我們尋找一種直接從 3D 模型以自動化方式制造零件的方法“，這位年輕的企業(yè)家回憶道。理想情況下，這當(dāng)然應(yīng)該直接在最終使用地點——未來的建筑工地進(jìn)行。Printstones 創(chuàng)始人的商業(yè)理念在 INITS 大學(xué)孵化器的選拔過程中擊敗了其他 200 家初創(chuàng)公司。然后通過定性和定量實驗驗證了商業(yè)模式，并啟動了"Printstones X1“的開發(fā)。

滿足自身需求的潛在應(yīng)用

Gimatic Vertrieb GmbH 為 3D 打印機(jī)提供換刀系統(tǒng)。Hechingen 的人們一直對不尋常的應(yīng)用持開放態(tài)度，這些應(yīng)用不一定是大規(guī)模應(yīng)用。總監(jiān) Johannes L?rcher 甚至看到了這種應(yīng)用實例的應(yīng)用：“3D 打印正變得非常流行，關(guān)于建筑行業(yè)新發(fā)展的報道也越來越多。我發(fā)現(xiàn)打印積木的想法很棒，盡管由于法規(guī)原因，打印磚塊還不可能。但在我們目前位于 Hechingen 的新建筑中，我們可能很快就需要為許多鋪路石表面配備一臺打印機(jī)"。Johannes L?rcher 預(yù)計，通過協(xié)作機(jī)器人的進(jìn)一步發(fā)展，這些應(yīng)用將在非工業(yè)領(lǐng)域強(qiáng)勁增長。

一立方米的混凝土，具有自由幾何形狀

Printstones X1 是用于建筑工地的移動 3D 打印機(jī)的早期原型。目前，它可用于打印尺寸約為 1 m3 的混凝土構(gòu)件。該機(jī)器人可以在室內(nèi)和室外使用。該機(jī)器人通過使用計算機(jī)控制的定位過程在連續(xù)的層中精確定位和固化定義的材料體積，從而無需傳統(tǒng)的模板。3D 打印過程包括兩個一般步驟：3D 建模和組件打印。在路徑生成過程中，采用不同的方法來生成機(jī)器人軌跡。一般來說，每一層都由一個外輪廓和一個填充圖案組成，填充圖案可以采用蜂窩結(jié)構(gòu)或空間填充曲線的形式。材料是通過上游迷你混凝土廠全自動制備的。在打印過程中可以改變配方，例如用更堅固的材料打印高應(yīng)力區(qū)域。該技術(shù)還可用于以各種形式打印批量 1 的建筑構(gòu)件。

具有關(guān)鍵作用的換刀裝置

正如創(chuàng)始人所說：“Gimatic 是最早欣賞 Printstones 潛力的公司之一，并為我們提供了量身定制的產(chǎn)品"。目前，Printstones X1 不僅具有 3D 打印噴嘴，還具有另一種用于測量打印基材的工具。因此，換刀裝置是系統(tǒng)的重要組成部分，是刀具之間全自動更換所必需的。“這個應(yīng)用程序再次表明，與本地聯(lián)系是多么方便"，Johannes L?rcher 回憶道。“在最初與 Printstones 聯(lián)系后，我們的技術(shù)顧問、格拉茨分公司的 Lars Janser 訪問了這家位于維也納的初創(chuàng)公司，為年輕企業(yè)家提供了建議并說服了他們。我們的換刀裝置讓他的事情變得更容易。最有說服力的論點當(dāng)然是它非常緊湊并且非常易于控制。

換刀裝置輪廓

EQC75 型全電動換刀裝置適用于有效載荷高達(dá) 10 kg 的換刀應(yīng)用。它主要用于工業(yè)的搬運和線性機(jī)器人，這些機(jī)器人以機(jī)電一體化方式工作，全省去氣動。由于它的尺寸僅為 75 x 145 x 60 毫米，重量僅為 1.1 公斤。因此，在工業(yè)中，它可以安裝在許多重達(dá) 5 公斤的小型機(jī)器人的狹窄空間中。EQC75 由久經(jīng)考驗的 24 V I/O 控制運行。不需要編程或額外的控制。其最大扭矩為150牛米，最大拉力為2000牛米，最大有效載荷為10公斤。對于不想進(jìn)行全轉(zhuǎn)換的用戶，可以切換到電力和氣動動力，因為更換系統(tǒng)有四個空氣連接。它還具有用于位置監(jiān)控的集成傳感器。信號通過主電纜傳輸。24 極插頭和 8 極電纜傳輸傳感器信號并供電。隨附的ISO 9409-1認(rèn)證兼容適配器還可以連接其他制造商的產(chǎn)品。改造也沒有問題。

3D 打印減少二氧化碳排放

“除了水之后，混凝土是人們使用最多的材料，但使用它需要付出高昂的代價。混凝土約占全球二氧化碳排放量的 8%“，Hengl 博士指出。“因此，航空旅行對二氧化碳排放量的貢獻(xiàn)率為 2.6%，相對較低。因此，我們的目標(biāo)需要盡可能減少水泥消耗。混凝土 3D 打印可以排除建筑構(gòu)件中沒有太大壓力的區(qū)域，從而節(jié)省材料“。該系統(tǒng)被設(shè)計為多功能工具設(shè)備。因此，混凝土 3D 打印噴嘴是眾多可能的工具之一。在與未來用戶和客戶的聯(lián)合開發(fā)項目中將開發(fā)更多工具。“我們首先積極參與研發(fā)，并努力讓未來的客戶盡可能充分地參與進(jìn)來。我們只與當(dāng)?shù)睾献骰锇楹献鳎缃ㄖ煿ぷ魇摇⒐I(yè)設(shè)計師、建筑商和建筑公司。我們?nèi)匀恍枰谧詈笠唤M中做一些開創(chuàng)性的工作，因為占世界市場約 7% 的建筑行業(yè)平均比其他行業(yè)在研發(fā)方面的投資要少得多“，Herwig Hengl 評論道。

愿景和可能性

“我們的愿景——或者我應(yīng)該說使命？——是自動化和優(yōu)化建筑流程。我們希望通過我們的技術(shù)減少建筑工地上的單調(diào)工作，讓建筑工地工人的生活更輕松。一個很好的例子是鋪設(shè)鋪路石。沒有人喜歡每天花 8 個小時跪著鋪設(shè)鋪路石。Herwig Hengl 指出了其中一種可能的應(yīng)用：“使用移動 3D 打印機(jī)，這些石頭可以直接打印在道路的上承重層上——不再需要鋪設(shè)"。Printstones 目前正在實施試點建筑項目。五年內(nèi)，這家初創(chuàng)公司希望轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)提供商。準(zhǔn)備硬件、軟件，特別是建筑材料是未來的目標(biāo)。這家維也納公司認(rèn)為，此次合作將使 Gimatic 夾持器能夠用于他們的建筑工地機(jī)器人。例如，他們可以想象它們被用來安裝加強(qiáng)元件或其他集成組件。在 Gimatic，該應(yīng)用程序只是一系列其他令人興奮的應(yīng)用程序之一。因此，未來，不僅可以在農(nóng)業(yè)綜合企業(yè)中采摘草莓和收集蝸牛作為替代計劃，而且混凝土部件也將被安全、可靠和高效地抓取。

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