航拍增材制造：来自 UCL、EPFL、Empa 和帝国理工学院的研究人员提出了基于无人机的施工框架

快速阅读: 据《3D 打印行业》最新报道，研究探索空中增材制造（AAM），通过飞行机器人在复杂环境中建造结构，克服传统施工限制。该技术分为离散、张力和连续三种施工方法，面临材料、导航及多机协调等挑战。未来将在Empa NEST的DroneHub进行实地测试，推动其实际应用。

一项发表在《科学机器人》上的研究探索了空中增材制造（AAM），这是一种使用配备了先进操作装置的飞行机器人，在偏远、高处或难以进入的环境中建造结构的施工方法。该技术由瑞士联邦理工学院（EPFL）、Empa以及伦敦帝国理工学院和伦敦大学学院的研究人员合作开发。该项目旨在克服地面施工系统的局限，减少传统建筑时间，实现更加灵活、高效且可持续的建筑方式。这项研究由EPFL和Empa可持续机器人实验室的叶斯夫·弗坎·卡亚（Yusuf Furkan Kaya）和米罗斯拉夫·科瓦契奇（Mirko Kovač）教授领导，并得到了伦敦帝国理工学院无人机机器人实验室、伦敦大学学院、布里斯托尔大学以及宾夕法尼亚大学的支持。

**空中增材制造的实际应用**

该研究题为《空中增材制造：迈向现场建筑机器人施工》，概述了由空中增材制造支持的三种施工方法。离散方法是放置模块化单元，例如砖块；张力方法使用线性元件如电缆构建基于张力的结构；连续方法通过分层挤出材料构建形式。每种技术都针对不同的施工需求和实际应用情况。空中增材制造的应用可分为三大类：离散、张力和连续。

为了推进空中增材制造系统的发展，研究人员提出了一种五级自主框架。该框架解决了飞行协调、材料沉积精度和大规模制造任务可扩展性等关键挑战。研究还强调了与安全和环境性能相关的潜在优势。据研究人员称，使用轻量级空中系统自动化施工任务可能会减少温室气体排放、减少材料浪费并限制工人暴露于危险条件中。

团队引用了早期的空中增材制造示范任务，如快速结构修复、模块化组装和紧急基础设施部署。他们认为，这些例子展示了该技术在城市和远程应用中的潜在范围。

**技术挑战和持续研究**

虽然该研究确定了一系列可能的应用，但也承认空中增材制造仍处于发展的早期阶段。主要挑战包括改进适合空中交付的建筑材料的耐用性、提高户外定位和导航系统的性能以及在复杂建筑过程中实现多个空中单元的协调操作。作者表示，解决这些问题对于让空中增材制造在现实世界中有效应用至关重要。

为了实现实地测试，研究人员将利用位于Empa NEST研发大楼内的新设施——无人机中心（DroneHub）。DroneHub提供了一个专门用于评估近场条件下建筑无人机的受控环境。“在这里可以对建筑无人机进行实地测试，进一步发展并向市场准备就绪迈进。”科瓦契奇教授解释道。初步实地试验预计在今年晚些时候启动。

**空中增材制造获得动力**

今年5月，瑞典吕勒奥理工大学的研究人员展示了一个完全自主的空中增材制造框架，能够使用无人机制造3D结构。该系统由马里奥斯-内克塔里奥斯·斯坦马托普洛斯（Marios-Nektarios Stamatopoulos）、雅库布·哈鲁斯卡（Jakub Haluska）、伊莱亚斯·斯莫尔（Elias Small）、尤德·马罗什（Jude Marroush）、阿维吉特·巴纳吉（Avijit Banerjee）和乔治·尼古拉科普洛斯（George Nikolakopoulos）开发，结合了优化的网格分解和先进的飞行控制，并通过成功打印泡沫结构进行了验证。

2022年，英国帝国理工学院、巴斯大学和伦敦大学学院的研究人员开发了一群能够协作3D打印复杂混凝土结构的无人机，标志着首个完全空中建造3D打印框架之一。该系统利用扫描无人机引导配备挤出机的无人机，确保精确的层沉积和重叠。

同样，GXN创新提出的“打破网格”倡议提议使用基于无人机的3D打印系统为老旧高层建筑添加隔热层，以减少劳动力成本和人类在建筑过程中的互动。

这些发展凸显了空中增材制造在革新建筑方法方面的潜力。

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**特色图片**

显示空中增材制造的应用可分为三大类：离散、张力和连续。图片来源：UCL。

(以上内容均由Ai生成)