Các nhà khoa học đến từ Đại học Công nghệ Nanyang, Singapore (NTU Singapore) đã phát triển một công nghệ trong đó hai robot cùng làm việc trong một kết cấu bê tông được in 3D.

PGS Phạm Quang Cường (thứ ba từ trái sang) cùng đội ngũ các nhà nghiên cứu đa ngành gồm các nhà robot học, kỹ sư dân dụng, kỹ sư cơ khí và các nhà khoa học vật liệu với cấu trúc bê tông 3D được in đồng thời bởi hai robot trong cùng một bản in. Nguồn: Đại học Công nghệ Nanyang, Singapore.

Đây được gọi là phương pháp in 3D đồng thời, được biết đến như in ấn kết hợp, mở đường cho việc một nhóm robot di động có thể in các kết cấu lớn hơn trong tương lai.

Được phát triển bởi PGS Phạm Quang Cường và nhóm nghiên cứu tại Trung tâm in 3D, NTU, Singapore, công nghệ đa robot này mới được công bố trên Tạp chí Tự động hoá Xây dựng, một tạp chí hàng đầu về xây dựng dân dụng. Các nhà khoa học NTU cũng chính là tác giả đứng đằng sau Ikea Bot đầu năm nay, một công nghệ mới với hai robot cùng lắp ráp một chiếc ghế của Ikea (ND: hãng nội thất nổi tiếng thế giới) trong vòng 8 phút 55 giây.

Sử dụng hỗn hợp xi măng công thức đặc biệt thích hợp cho in 3D, bước phát triển mới này cho phép tạo ra những thiết kế bê tông độc đáo mà hiện không thể thực hiện với công nghệ đúc thông thường. Các kết cấu cũng có thể được sản xuất theo yêu cầu và trong thời gian ngắn hơn rất nhiều.

Hiện nay, việc in 3D các kết cấu bê tông lớn đòi hỏi máy in cực to, to hơn các vật thể in. Điều này hầu hết không khả thi vì các công trường xây dựng đều có những hạn chế về không gian.

Việc có nhiều robot di động có thể in 3D đồng bộ nghĩa là các kết cấu lớn như các chi tiết kiến trúc và mặt tiền công trình có thiết kế đặc biệt có thể được in ở bất cứ nơi đâu, miễn là có đủ không gian để robot di chuyển xung quanh vật thể cần in.

Robot in 3D của NTU chỉ mất khoảng 8 phút để in một kết cấu bê tông có kích thước 1,86 x 0,46 x 0,13m. Sau đó mất 2 ngày để bê tông cứng lại và một tuần để đạt cường độ theo đúng yêu cầu trước khi đem đi thi công.

PGS Phạm, Trường Kỹ thuật Cơ khí và Không gian NTU giải thích: “Chúng tôi hình dung một nhóm robot có thể được vận chuyển đến công trường, in các kết cấu bê tông lớn, lắp đặt hoàn thiện và sau đó lại được tháo dỡ và lắp đặt tại một công trường khác. Nghiên cứu này dựa trên kiến thức chúng tôi có được từ việc phát triển robot tự lắp ráp một chiếc ghế cho hãng Ikea. Nhưng dự án lần này phức tạp hơn về kế hoạch, quá trình thực hiện cũng như lớn hơn nhiều về quy mô”.

Việc in các kết cấu bê tông đồng thời bằng hai robot di động là một thách thức lớn, vì cả hai robot đều phải di chuyển vào vị trí và bắt đầu in các chi tiết mà không va vào nhau.

Việc chia nhỏ và in các kết cấu bê tông theo từng phân đoạn cũng không được chấp nhận, vì các mối nối giữa hai phần sẽ không liên kết đúng nếu bê tông không chồng lên nhau trong quá trình in.

Quá trình phức tạp này bắt đầu bằng việc thiết lập bản đồ trên máy tính thiết kế sẽ được in ra và phân chia chi tiết in cho từng robot. Sau đó, sử dụng một thuật toán đặc biệt để đảm bảo rằng mỗi cánh tay robot sẽ không va chạm với nhau trong quá trình in đồng thời ấy.

Tiếp đến, sử dụng kỹ thuật định vị vị trí chính xác, các robot di chuyển vào vị trí và in các chi tiết với sự liên kết cực tốt, đảm bảo các khớp nối giữa các chi tiết riêng biệt được chồng lên nhau. Cuối cùng, trộn và bơm hỗn hợp bê tông lỏng chuyên dụng đã được trộn đều để đảm bảo chất lượng nhất quán.

Giáo sư Chua Chee Kai, Giám đốc điều hành Trung tâm in 3D Singapore cho biết: Các công nghệ đột phá của Cách mạng Công nghiệp 4.0 như sản xuất phụ gia có thể tiến xa hơn nữa khi kết hợp với các công nghệ tiên tiến khác như robot, trí tuệ nhân tạo (AI), khoa học vật liệu và các kỹ thuật sản xuất thân thiện với môi trường.

“Dự án in bằng nhiều robot này có tính liên ngành rất cao, đòi hỏi các nhà khoa học về robot phải cộng tác với các nhà khoa học vật liệu để tạo ra loại bê tông có thể in được. Để đạt được kết quả cuối cùng là một kết cấu bê tông có cường độ tốt, chúng tôi phải kết hợp chuyên môn của họ với các kỹ sư cơ khí và các chuyên gia xây dựng dân dụng”.

“Quá trình đổi mới này chứng minh thấy điều gì sẽ khả thi, điều gì có thể xảy ra trong tương lai nếu chúng ta sáng tạo trong việc phát triển các công nghệ mới để bổ sung cho các phương pháp xây dựng thông thường hiện có”.

Dự án nghiên cứu này do Quỹ Nghiên cứu Quốc gia Singapore (NRF Singapore) và Sembcorp hỗ trợ.

Trong tương lai, nhóm nghiên cứu của NTU sẽ xem xét tích hợp nhiều robot hơn để có thể in các kết cấu quy mô lớn hơn, tối ưu hoá thuật toán in ấn để đạt hiệu suất cao nhất và cải thiện vật liệu bê tông để bảo dưỡng nhanh hơn.

Nguyễn Minh Hiếu lược dịch

Nguồn: Sciencedaily.com