27/09/2022
Door Ad Spijkers
Een internationaal onderzoeksteam nam bijen als model om een zwerm samenwerkende drones voor 3D-printen te ontwikkelen.
Onderzoekers van de Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) in Dübendorf (bij Zürich) en het Imperial College London nam bijen als model om een zwerm coöperatieve drones te ontwikkelen. Onder menselijke controle werken de vliegende robots in teams om 3D-materialen te printen voor de constructie of reparatie van constructies.
3D-printen in de bouw
3D-printen wordt steeds belangrijker in de bouwsector. Zowel op bouwplaatsen als in fabrieken printen stationaire en mobiele robots al componenten in staal en beton. Een nieuwe benadering van 3D-printen maakt gebruik van vliegende robots. De drones gebruiken collectieve bouwmethoden die zijn geïnspireerd op natuurlijke bouwers zoals bijen en wespen.
Aerial Additive Manufacturing (Aerial-AM) bestaat uit een vloot van drones die samenwerken voor één enkele blauwdruk. Deze omvatten zogenaamde BuilDrones en ScanDrones. De eerste printen tijdens de vlucht materialen en plaatsen die op de daarvoor bestemde plaatsen. De tweede worden gebruikt voor kwaliteitscontrole; ze registreren continu de prestaties van de BuilDrones en specificeren de komende productiestappen.
Het Aerial-AM-systeem is zo ontworpen dat de drones hun activiteit tijdens het bouwproces kunnen aanpassen aan de verschillende geometrieën van de constructie. Ze handelen autonoom tijdens hun vliegmissie, maar er is een menselijke operator die het proces observeert en indien nodig bijstuurt op basis van de informatie die de drones verstrekken.
Twee materialen
Om het concept te testen, ontwikkelden de onderzoekers vier cementachtige mengsels die de drones moesten bouwen. De proefobjecten bestonden uit een circa twee meter hoge cilinder van 72 lagen polyurethaanschuim en een 18 centimeter hoge cilinder van 28 lagen speciaal ontwikkeld cementachtig materiaal. Tijdens het hele bouwproces evalueren de drones real-time de geprinte geometrie en passen ze hun gedrag aan om ervoor te zorgen dat ze de productienauwkeurigheid tot op 5 mm behouden.
De tot nu toe uitgevoerde tests geven de onderzoekers reden om optimistisch te zijn, ook met het oog op de praktische toepassing in de bouw. Ze hebben aangetoond dat de drones autonoom kunnen werken om gebouwen op te richten en te repareren, in ieder geval in het laboratorium. De schaalbare oplossing zou het bouwen en repareren in moeilijk bereikbare gebieden zoals hoogbouw eenvoudiger kunnen maken.
In de volgende stap zullen de experts samenwerken met bouwbedrijven om de ontwikkelde oplossingen in de praktijk te valideren en nieuwe reparatie- en fabricagemogelijkheden te ontwikkelen. Ze geloven dat hun technologie aanzienlijke kostenbesparingen en minder risico zal opleveren in vergelijking met traditionele handmatige methoden. De foto toont overigens een toekomstvisie, geen bestaand project.
Foto: Yusuf Furkan Kaya, Aerial Robotics Laboratory, Imperial College London / Empa