位于瑟斯顿大厅地下室的博韦民用基础设施实验室大楼有一个新租户：具有3D打印功能的6000磅工业机器人这种大型结构可能会改变建筑业，通过消除传统材料制造的浪费，使其更加高效和可持续。
3D打印过程（也称为添加制造）已经在产品原型和生物医学方面取得了突破。然而，当涉及到大型建筑项目时，3D打印结构在现实世界中的表现仍然存在许多问题。
凭借其测试和验证各种类型和尺寸的预制材料和结构的能力博韦实验室特别适合在运动、应力和应变中进行大规模3D打印。
康奈尔大学现在是美国仅有的几所拥有这种系统的大学之一。据介绍，这不仅将使工程学院的教职员工能够进行机器人构造研究，还将为学生提供在民用基础设施快速发展的技术领域的实践经验德里克·华纳，土木与环境工程教授。
博伊伊实验室技术服务经理詹姆斯·斯特雷特和土木与环境工程助理教授斯里拉米亚·奈尔负责康奈尔字体的一个大字母C的3D打印。
沃纳说：“机器人砌砖、回收塑料印刷和大规模金属印刷都是令人兴奋的领域，无论是在科学和理解方面，还是在技术和工程方面，都有很大的发展空间。”。“许多控制构建过程的现象的规模都是如此之大，以至于需要在接近其使用规模的范围内进行研究。这同样适用于一些控制性能的现象。此外，在早期使用新技术进行升级时，总是会出现未知的意外情况。”
IRB 6650S工业机器人系统于2月抵达，在过去的几个月里，实验室一直在训练如何使用机器人系统，该系统本质上是一个长的旋转臂，并运行了许多中等尺寸的测试打印，包括长椅和播种机，甚至康奈尔字体的大字母C。
“机器人系统是多功能和灵活的，”他说斯里拉米亚·奈尔，土木与环境工程助理教授。“我们使用它的方法之一是用于混凝土的3D打印，但它也可以用于其他方面。你可以连接焊机或激光系统。你可以堆叠砖块或绑钢筋。许多繁琐的过程可以自动化。”
Bovay实验室技术服务经理詹姆斯·斯特雷特（James Strait）表示，该机器人设置在一条12英尺长的轨道上，圆形范围约为12英尺，总覆盖面积可达8英尺乘30英尺，尽管实验室预计不会打印那么大的东西。
操作系统需要团队努力。一组人员混合预配料砂浆，并搅拌添加剂，如高效减水剂，该减水剂可降低混合物的含水量并改善其通过软管的流动性。另一组操作机器人的控制器来调节系统中的混合物量。当外加剂到达机器人的挤出机头和喷嘴时，会引入硬化添加剂，使材料在浇注时变厚。
保持正确的一致性可能是一项挑战。称之为金发姑娘的困境。
斯特雷特说：“底层需要有足够的刚性，以容纳下一层要打印的内容。但它们不能太硬，以至于当你在顶部打印下一层时，它不会粘住。”。“你需要在那里制造附着力，但不能让它太软而压扁。”
这一过程需要耗费大量人力，但一旦成功完成，3D打印就不再需要铸造模具，还可以创建非传统形状，这是一种节省材料的优化方法。
斯特雷特说：“任何时候浇筑混凝土，比如人行道，你都必须安装所有的模具。这需要劳动力、材料，你必须把所有的东西都固定下来。所有这些都需要很多时间。”。“你对混凝土结构所做的每一次更改，都必须修改模具或换一个新模具，然后花费大量人力来完成。这比用计算机程序说‘你想把它修好吗？’要困难得多。点击几小时，你就完成了。”
土木与环境工程助理教授Sriramya Nair（左）领导的一个小组正在准备砂浆，以便在Bovay实验室进行3D打印
奈尔计划将该系统整合到她今年秋季教授的一门新课程《可持续发展与自动化：建筑业的未来》中，这将有助于学生为他们所在领域的未来变化做好准备。
奈尔说：“我们正在给他们一个机会，让他们学习一些前沿的、正在发生的事情。”。“他们知道得越多，就越能成为变革的拥护者，但也知道其局限性。”
目前，该系统是使用砂浆进行3D打印，从技术上讲，砂浆是一种聚合尺寸高达4毫米的浆料。任何大于此值的东西都可能堵塞并损坏泵系统。然而，奈尔的团队打算建造他们自己的挤压机头来打印钢纤维增强混凝土，这种混凝土使用更大的骨料，能够承受更重的荷载。这将为实验室3D打印全桥组件并进行测试铺平道路。
Nair还希望她的团队能够创造出自己的混合物来打印，而不是依赖制造商的预混合材料。
她说：“目前这些材料的碳足迹非常高。”。“因此，这是另一个目标，即减少与3D打印材料相关的碳足迹。”
