Scienziati della Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) ha sviluppato una tecnologia in base alla quale due robot possono lavorare all'unisono per stampare in 3D una struttura in cemento. Questo metodo di stampa 3D simultanea, nota come stampa a sciame, apre la strada a un team di robot mobili per stampare strutture ancora più grandi in futuro. Sviluppato dall'assistente professore Pham Quang Cuong e dal suo team presso il Singapore Center for 3-D Printing di NTU, questa nuova tecnologia multi-robot è riportata in Automazione in edilizia . Lo scienziato NTU era anche dietro il progetto Ikea Bot all'inizio di quest'anno, in cui due robot hanno assemblato una sedia Ikea in circa nove minuti.

Utilizzando una miscela di cemento appositamente formulata adatta alla stampa 3D, questo nuovo sviluppo consentirà progetti di calcestruzzo unici attualmente impossibili con la colata convenzionale. Le strutture possono essere prodotte anche su richiesta e in tempi molto più brevi.

Attualmente, La stampa 3D di grandi strutture in calcestruzzo richiede stampanti enormi di dimensioni maggiori rispetto agli oggetti stampati, il che è irrealizzabile poiché la maggior parte dei cantieri ha vincoli di spazio. L'utilizzo di più robot mobili in grado di stampare in 3D in sincronia significa che strutture di grandi dimensioni e facciate appositamente progettate possono essere stampate ovunque, purché vi sia spazio sufficiente per consentire ai robot di muoversi all'interno del sito di lavoro.

I robot NTU hanno stampato in 3D una struttura in cemento di 1,86 m x 0,46 m x 0,13 m in otto minuti. Ci sono voluti due giorni per indurirsi e una settimana per raggiungere la sua piena resistenza prima che fosse pronto per l'installazione.

"Abbiamo immaginato un team di robot che possono essere trasportati in un cantiere, stampare grandi pezzi di strutture in calcestruzzo per poi passare al progetto successivo una volta stampate le parti, " ha spiegato Asst Prof Pham della School of Mechanical and Aerospace Engineering di NTU.

"Questa ricerca si basa sulle conoscenze che abbiamo acquisito dallo sviluppo di un robot per assemblare autonomamente una sedia Ikea. Ma quest'ultimo progetto è più complesso in termini di pianificazione, esecuzione, e su una scala molto più ampia."

La stampa di strutture in calcestruzzo contemporaneamente a due robot mobili è stata una sfida enorme, poiché entrambi i robot devono spostarsi in posizione e stampare le loro parti senza scontrarsi tra loro. Anche la stampa della struttura in calcestruzzo in segmenti non è accettabile, poiché i giunti tra le due parti non si uniranno correttamente se il calcestruzzo non si sovrappone durante il processo di stampa. Questo processo in più fasi inizia mappando il disegno da stampare e assegnando una parte specifica della stampa a un robot. Quindi utilizza uno speciale algoritmo per garantire che ciascuno dei bracci del robot non entri in collisione durante la stampa simultanea.

Utilizzando il posizionamento preciso della posizione, i robot quindi si spostano in posizione e stampano le parti in buon allineamento, assicurandosi che le giunzioni tra le parti separate siano sovrapposte. Finalmente, la miscelazione e il pompaggio della miscela di calcestruzzo liquido specializzato devono essere miscelati in modo uniforme e sincronizzato per garantire la consistenza. Professor Chua Chee Kai, direttore esecutivo del Centro di Singapore per la stampa 3D, dette tecnologie dirompenti dell'Industria 4.0 come la produzione additiva possono essere ulteriormente avanzate se combinate con altre tecnologie innovative come la robotica, IA, scienza dei materiali e tecniche di produzione verde.

"Questo progetto di stampa multirobot è altamente interdisciplinare, richiedendo ai robotisti di lavorare con gli scienziati dei materiali per realizzare cemento stampabile. Per ottenere il risultato finale di una robusta struttura in calcestruzzo, abbiamo dovuto combinare la loro esperienza con ingegneri meccanici ed esperti di ingegneria civile. Questa innovazione dimostra all'industria cosa è fattibile ora, e dimostra ciò che è possibile in futuro se siamo creativi nello sviluppo di nuove tecnologie per aumentare i metodi di costruzione e di costruzione convenzionali".

Andando avanti, il team di ricerca NTU esaminerà l'integrazione di un numero ancora maggiore di robot per stampare strutture su larga scala, ottimizzando l'algoritmo di stampa per prestazioni costanti e migliorando il materiale concreto per una polimerizzazione più rapida.