德國GIMATIC吉瑪泰克機械抓手夾爪氣缸

用于未來建筑工地的 3D 混凝土打印機中的換刀裝置。

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，會發生什么？Printstones 初創公司知道如何做到這一點：其移動 3D 打印機可以直接在建筑工地上制造單個混凝土部件。Gimatic 的換刀系統在工業自動化領域廣為人知，可提供所需的靈活性。

這家來自維也納的初創公司 Printstones 自 2017 年以來一直致力于建筑行業的自動化。重點是開發一種 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，傳統的模板板已成為過去。Herwig Hengl 博士是維也納技術大學衍生公司的創始人。大約五年前，當他在材料與結構力學研究所工作時，他第一次接觸到增材制造。“我們在開發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。為了驗證仿真結果，首先必須重新創建虛擬組件并施加應力。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“，這位年輕的企業家回憶道。理想情況下，這當然應該直接在最終使用地點——未來的建筑工地進行。Printstones 創始人的商業理念在 INITS 大學孵化器的選拔過程中擊敗了其他 200 家初創公司。然后通過定性和定量實驗驗證了商業模式，并啟動了"Printstones X1“的開發。

滿足自身需求的潛在應用

Gimatic Vertrieb GmbH 為 3D 打印機提供換刀系統。Hechingen 的人們一直對不尋常的應用持開放態度，這些應用不一定是大規模應用。總監 Johannes L?rcher 甚至看到了這種應用實例的應用：“3D 打印正變得非常流行，關于建筑行業新發展的報道也越來越多。我發現打印積木的想法很棒，盡管由于法規原因，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"。Johannes L?rcher 預計，通過協作機器人的進一步發展，這些應用將在非工業領域強勁增長。

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 打印機的早期原型。目前，它可用于打印尺寸約為 1 m3 的混凝土構件。該機器人可以在室內和室外使用。該機器人通過使用計算機控制的定位過程在連續的層中精確定位和固化定義的材料體積，從而無需傳統的模板。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構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力區域。該技術還可用于以各種形式打印批量 1 的建筑構件。

具有關鍵作用的換刀裝置

正如創始人所說：“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，換刀裝置是系統的重要組成部分，是刀具之間全自動更換所必需的。“這個應用程序再次表明，與本地聯系是多么方便"，Johannes L?rcher 回憶道。“在最初與 Printstones 聯系后，我們的技術顧問、格拉茨分公司的 Lars Janser 訪問了這家位于維也納的初創公司，為年輕企業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 10 kg 的換刀應用。它主要用于工業的搬運和線性機器人，這些機器人以機電一體化方式工作，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，在工業中，它可以安裝在許多重達 5 公斤的小型機器人的狹窄空間中。EQC75 由久經考驗的 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。對于不想進行全轉換的用戶，可以切換到電力和氣動動力，因為更換系統有四個空氣連接。它還具有用于位置監控的集成傳感器。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認證兼容適配器還可以連接其他制造商的產品。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率為 2.6%，相對較低。因此，我們的目標需要盡可能減少水泥消耗。混凝土 3D 打印可以排除建筑構件中沒有太大壓力的區域，從而節省材料“。該系統被設計為多功能工具設備。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合開發項目中將開發更多工具。“我們首先積極參與研發，并努力讓未來的客戶盡可能充分地參與進來。我們只與當地合作伙伴合作，如建筑師工作室、工業設計師、建筑商和建筑公司。我們仍然需要在最后一組中做一些開創性的工作，因為占世界市場約 7% 的建筑行業平均比其他行業在研發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——或者我應該說使命？——是自動化和優化建筑流程。我們希望通過我們的技術減少建筑工地上的單調工作，讓建筑工地工人的生活更輕松。一個很好的例子是鋪設鋪路石。沒有人喜歡每天花 8 個小時跪著鋪設鋪路石。Herwig Hengl 指出了其中一種可能的應用：“使用移動 3D 打印機，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"。Printstones 目前正在實施試點建筑項目。五年內，這家初創公司希望轉變為系統提供商。準備硬件、軟件，特別是建筑材料是未來的目標。這家維也納公司認為，此次合作將使 Gimatic 夾持器能夠用于他們的建筑工地機器人。例如，他們可以想象它們被用來安裝加強元件或其他集成組件。在 Gimatic，該應用程序只是一系列其他令人興奮的應用程序之一。因此，未來，不僅可以在農業綜合企業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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