Uno sciame di droni di stampa 3D per la costruzione e la riparazione
La stampa 3D del futuro – seguendo l’esempio della natura
La stampa 3D sta guadagnando slancio nel settore edile. Sia in loco che in fabbrica, i robot statici e mobili stampano materiali da utilizzare in progetti di costruzione, come strutture in acciaio e cemento.
Un nuovo approccio alla stampa 3D – guidato nel suo sviluppo dall’Imperial College London e dall’Empa, i laboratori federali svizzeri di scienza e tecnologia dei materiali – utilizza robot volanti, noti come droni, che utilizzano metodi di costruzione collettiva ispirati a costruttori naturali come api e vespe.
Il sistema, chiamato Aerial Additive Manufacturing (Aerial-AM), coinvolge una flotta di droni che lavorano insieme da un unico progetto.
È composto da BuilDrones, che depositano materiali durante il volo, e ScanDrones per il controllo della qualità, che misurano continuamente la produzione dei BuilDrones e informano le loro fasi di produzione successive.
I ricercatori affermano che, contrariamente ai metodi alternativi, la stampa 3D in volo sblocca le porte che porteranno alla produzione e alla costruzione in loco in luoghi di difficile accesso o pericolosi come la costruzione di soccorsi post-disastri, edifici alti o infrastrutture.
La ricerca è stata guidata dal professor Mirko Kovac del Dipartimento di Aeronautica dell’Imperial e dal Centro di robotica dei materiali e della tecnologia dell’Empa.
Il professor Kovac ha dichiarato: “Abbiamo dimostrato il concetto che i droni possono lavorare autonomamente e in tandem per costruire e riparare edifici, almeno in laboratorio. Questa soluzione scalabile potrebbe aiutare la costruzione e la riparazione in aree difficili da raggiungere, come gli edifici alti”.
Aerial-AM utilizza sia una struttura di stampa 3D che di pianificazione del percorso in modo che i droni possano adattarsi alle variazioni della geometria della struttura man mano che la costruzione procede.
I droni sono completamente autonomi in volo, ma c’è un controllore umano nel circuito in grado di monitorare i progressi e intervenire se necessario, sulla base delle informazioni fornite dai droni.
Stampa di geometrie 3D
Per testare il concetto, i ricercatori hanno sviluppato quattro miscele simili al cemento con cui costruire i droni.
Durante la costruzione, i droni valutano la geometria stampata in tempo reale e adattano il loro comportamento per garantire che soddisfino le specifiche di costruzione, con una precisione di produzione di cinque millimetri.
Le stampe proof-of-concept includevano un cilindro da 2,05 metri (72 strati) con un materiale in schiuma a base di poliuretano e un cilindro da 18 centimetri (28 strati) con un materiale strutturale simile al cemento progettato su misura.
La tecnologia offre possibilità future per la costruzione e la riparazione di strutture in luoghi sconfinati, alti o di difficile accesso. Successivamente i ricercatori lavoreranno con le società di costruzioni per convalidare le soluzioni e fornire capacità di riparazione e produzione. Ritengono che la tecnologia fornirà notevoli risparmi sui costi e ridurrà i rischi di accesso rispetto ai metodi manuali tradizionali.
I co-ricercatori includono Robert Stuart-Smith, Stefan Leutenegger, Vijay Pawar, Richard Ball, Chris Williams e Paul Shephard e i loro team di ricerca presso l’UCL, l’Università di Bath, l’Università della Pennsylvania, la Queen Mary University e l’Università di Monaco.
Questo lavoro è stato finanziato dal Engineering and Physical Sciences Research Council, parte di UKRI. È stato lanciato dall’assistente del professor Stuart-Smith e dal professor Kovac dopo una collaborazione di ricerca pilota e un premio per una dimostrazione sulla riparazione delle condutture. Il progetto è supportato anche da Industrial Partners Skanska, Ultimaker, Burohappold e BRE.
I droni di stampa 3D funzionano come le api per costruire e riparare strutture durante il volo
La tecnologia, che è stata testata in laboratorio, potrebbe infine essere utilizzata per la produzione e la costruzione in luoghi pericolosi o di difficile accesso come edifici alti o per aiutare con la costruzione di soccorsi post-disastro, affermano i ricercatori.
La stampa 3D sta guadagnando slancio nel settore edile. Sia in loco che in fabbrica, i robot statici e mobili stampano materiali da utilizzare in progetti di costruzione, come strutture in acciaio e cemento.
Questo nuovo approccio alla stampa 3D – guidato nel suo sviluppo da Imperial ed Empa, i Laboratori federali svizzeri di scienza e tecnologia dei materiali – utilizza robot volanti, noti come droni, che utilizzano metodi di costruzione collettiva ispirati a costruttori naturali come api e vespe che lavorano insieme per creare strutture grandi e complesse.
I droni della flotta, noti collettivamente come Aerial Additive Manufacturing (Aerial-AM), lavorano in modo cooperativo da un unico progetto, adattando le loro tecniche man mano che procedono. Sono completamente autonomi durante il volo ma sono monitorati da un controllore umano che controlla i progressi e interviene se necessario, sulla base delle informazioni fornite dai droni.
L’autore principale, il professor Kovac, del Dipartimento di aeronautica dell’Imperial e del Centro di robotica per i materiali e la tecnologia dell’Empa, ha dichiarato: “Abbiamo dimostrato che i droni possono funzionare in modo autonomo e in tandem per costruire e riparare edifici, almeno in laboratorio. La nostra soluzione è scalabile e potrebbe aiutarci a costruire e riparare edifici in aree difficili da raggiungere in futuro”.
Stampa di geometrie 3D
Aerial-AM utilizza sia una struttura di stampa 3D che di pianificazione del percorso per aiutare i droni ad adattarsi alle variazioni della geometria della struttura man mano che la costruzione procede. La flotta è composta da BuilDrones, che depositano materiali durante il volo, e ScanDrones per il controllo della qualità che misurano continuamente la produzione dei BuilDrones e informano le loro prossime fasi di produzione.
Per testare il concetto, i ricercatori hanno sviluppato quattro miscele cementizie su misura con cui i droni possono costruire.
Durante tutta la costruzione, i droni hanno valutato la geometria stampata in tempo reale e hanno adattato il loro comportamento per assicurarsi di soddisfare le specifiche di costruzione, con una precisione di produzione di cinque millimetri.
Le stampe proof-of-concept includevano un cilindro alto 2,05 metri (72 strati) con un materiale in schiuma a base di poliuretano e un cilindro alto 18 centimetri (28 strati) con un materiale cementizio strutturale progettato su misura.
La tecnologia offre possibilità future per la costruzione e la riparazione di strutture in luoghi alti o di difficile accesso. Successivamente, i ricercatori lavoreranno con le società di costruzioni per convalidare le soluzioni e fornire capacità di riparazione e produzione.
Il professor Kovac ha dichiarato: “Riteniamo che la nostra flotta di droni potrebbe aiutare a ridurre i costi e i rischi di costruzione in futuro, rispetto ai metodi manuali tradizionali”.
Foto dell’Imperial College di Londra.
CREDITO
Yusuf Furkan KAYA, Laboratorio di robotica aerea, Imperial College London / Empa