德國(guó)GIMATIC吉瑪泰克機(jī)械夾爪氣缸

用于未來(lái)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(gè)混凝土部件來(lái)建造您的房屋，同時(shí)減少二氧化碳排放，會(huì)發(fā)生什么？Printstones 初創(chuàng)公司知道如何做到這一點(diǎn)：其移動(dòng) 3D 打印機(jī)可以直接在建筑工地上制造單個(gè)混凝土部件。Gimatic 的換刀系統(tǒng)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域廣為人知，可提供所需的靈活性。

這家來(lái)自維也納的初創(chuàng)公司 Printstones 自 2017 年以來(lái)一直致力于建筑行業(yè)的自動(dòng)化。重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)一種 3D 打印工藝，用于在建筑工地上自動(dòng)制造混凝土物體，該工藝通過(guò)兩個(gè)不同尋常的特征而脫穎而出。它是可移動(dòng)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(guò)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(shí)，他第一次接觸到增材制造?！拔覀?cè)陂_(kāi)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(shí)提出了這個(gè)想法。為了驗(yàn)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(gè)非常昂貴且耗時(shí)的過(guò)程，我們尋找一種直接從 3D 模型以自動(dòng)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(diǎn)——未來(lái)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(guò)程中擊敗了其他 200 家初創(chuàng)公司。然后通過(guò)定性和定量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了商業(yè)模式，并啟動(dòng)了"Printstones X1“的開(kāi)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(duì)不尋常的應(yīng)用持開(kāi)放態(tài)度，這些應(yīng)用不一定是大規(guī)模應(yīng)用?？偙O(jiān) Johannes L?rcher 甚至看到了這種應(yīng)用實(shí)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(bào)道也越來(lái)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(tái)打印機(jī)"。Johannes L?rcher 預(yù)計(jì)，通過(guò)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(zhǎng)。

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(dòng) 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(guò)使用計(jì)算機(jī)控制的定位過(guò)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(wú)需傳統(tǒng)的模板。3D 打印過(guò)程包括兩個(gè)一般步驟：3D 建模和組件打印。在路徑生成過(guò)程中，采用不同的方法來(lái)生成機(jī)器人軌跡。一般來(lái)說(shuō)，每一層都由一個(gè)外輪廓和一個(gè)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(guò)上游迷你混凝土廠全自動(dòng)制備的。在打印過(guò)程中可以改變配方，例如用更堅(jiān)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(shuō)：“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(cè)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(dòng)更換所必需的。“這個(gè)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(wèn)、格拉茨分公司的 Lars Janser 訪問(wèn)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(shuō)服了他們。我們的換刀裝置讓他的事情變得更容易。最有說(shuō)服力的論點(diǎn)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(dòng)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(yùn)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(dòng)。由于它的尺寸僅為 75 x 145 x 60 毫米，重量?jī)H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(yàn)的 24 V I/O 控制運(yùn)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(duì)于不想進(jìn)行全轉(zhuǎn)換的用戶，可以切換到電力和氣動(dòng)動(dòng)力，因?yàn)楦鼡Q系統(tǒng)有四個(gè)空氣連接。它還具有用于位置監(jiān)控的集成傳感器。信號(hào)通過(guò)主電纜傳輸。24 極插頭和 8 極電纜傳輸傳感器信號(hào)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(méi)有問(wèn)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(jià)?；炷良s占全球二氧化碳排放量的 8%“，Hengl 博士指出。“因此，航空旅行對(duì)二氧化碳排放量的貢獻(xiàn)率為 2.6%，相對(duì)較低。因此，我們的目標(biāo)需要盡可能減少水泥消耗?；炷?3D 打印可以排除建筑構(gòu)件中沒(méi)有太大壓力的區(qū)域，從而節(jié)省材料“。該系統(tǒng)被設(shè)計(jì)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(lái)用戶和客戶的聯(lián)合開(kāi)發(fā)項(xiàng)目中將開(kāi)發(fā)更多工具?！拔覀兪紫确e極參與研發(fā)，并努力讓未來(lái)的客戶盡可能充分地參與進(jìn)來(lái)。我們只與當(dāng)?shù)睾献骰锇楹献鳎缃ㄖ煿ぷ魇?、工業(yè)設(shè)計(jì)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(kāi)創(chuàng)性的工作，因?yàn)檎际澜缡袌?chǎng)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(píng)論道。

愿景和可能性

“我們的愿景——或者我應(yīng)該說(shuō)使命？——是自動(dòng)化和優(yōu)化建筑流程。我們希望通過(guò)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(gè)很好的例子是鋪設(shè)鋪路石。沒(méi)有人喜歡每天花 8 個(gè)小時(shí)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(dòng) 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(shí)施試點(diǎn)建筑項(xiàng)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(lái)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(lái)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(lái)，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(jì)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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