机器人与3D打印完美结合

　　在去年7月份举办的“数字未来”暑期设计工作营上，由同济大学学生创建的六轴机器人与3D打印机结合的打印装置成为一大亮点，旨在清除设计与制造之间的屏障，以便建筑师能快速、准确地实现他们的设计。研究团队称其为6D打印，其中6D则指的是kuka机器人的六个轴。

　　我们说，传统的3D打印方式是依照水平切片打印，然后叠合形成整体模型，此过程只能反映出模型的成型状态，而不能反映结构的自然生长与结构逻辑。该项目则是从仿生学的角度出发，模仿蜘蛛吐丝织网原理，即由一点开始，沿着结构路径生长出复杂空间的自然建构逻辑。

　　与此同时，研究团队还对传统的打印设备进行了优化，利用KUKA机器臂作为打印头，可在空间中沿不同路径打印曲线。其中，打印工具头采用了灵活可变的机械设计，共4个打印喷头，其中3个喷头可以有规律地一张一合，从而改变打印过程中线材定型时的截面形状，形成与蛛丝类似的具有结构强度的线材。

　　那么，6D打印装置如何工作呢?其主要由kuka机器人以及3D打印喷头构成，在六轴机器人按模型中的路径移动的同时，3D打印喷头进行打印，最终形成空间曲面。位于机器手臂末端的工具头，包含4个打印喷头，其中3个为活动喷头，由附加的电路以及机械装置控制，可在两个状态间隙摆动，沿着打印路径，固定的喷头可以完全拟合模型曲线，3个活动喷头则可以一张一合，形成特殊的截面形状打印摆动曲线，增强模型的结构强度。

　　打印前，要将机器人、工作头以及锚固平面处于精确的校准位置，而最外层的铝型材框架正好保证了这一点， 令整套装置更加具有系统性和完整性。

　　整套3D打印系统由独立的电路控制，包含供应装置、挤压运送装置、加热装置、速度/温度控制装置以及操作面板。此外，由于打印头工作时会产生大量的热量，为使打印线材即时凝固，装置还设计了冷却系统，用空气压缩机将气流持续大量的吹向打印喷头前端，使受热融化的ABS线材冷却定型。

　　KUKA六轴机器人承载3D打印喷头，可根据模型结构按照合理的路径进行3D打印，KUKA的运动则由线下编程完成，从而令空间6D打印与通用建模软件完美对接。

　　最后，我们再来看看6D打印装置的打印喷头。介于特殊路径的3D打印对耗材结构性要求颇高，机器臂前端的3D打印喷头经过了特殊处理，即3个活动喷头和1个固定喷头，可打印类似蛛丝的微观结构，打印成型的材料也可即时定型。