日本建筑工程企业清水建设近日开发了一种喷涂式混凝土3D打印系统，旨在制造大型曲面及钢筋增强构件，为建筑行业的自动化施工提供了新的技术路径。
该系统集成了九自由度龙门机器人和材料喷涂模拟器，能够在施工前对喷涂材料行为进行仿真验证，从而实现复杂几何形状的大型构件及增强结构件的高精度自动化制造。


该系统所用的材料喷涂模拟器是与卡内基梅隆大学机械工程系Kenji Shimada教授领导的计算工程与机器人实验室（CERLAB）共同开发。

该系统通过模拟器确定最佳打印控制参数，包括喷嘴路径、喷涂距离、角度、速度、出料量等，从而提高打印精度并最大程度降低缺陷率。

用于打印的龙门机器人由一个七自由度机械臂构成，悬吊在门式框架上方的双轴XY运动机构中，打印范围达到深6米、宽4米、高3米。

机械臂顶端的喷嘴支持多方向、大范围材料喷涂，能够有效填充钢筋组件的内部空间。

在示范测试中，该系统在4小时内成功制造出一面高2.5米的扭曲曲面墙，墙体上下层均从中心向外突出。

这一技术发展针对日本因老龄化和低生育率导致的建筑劳动力短缺问题，提供了自动化施工的解决方案。

相比传统挤出式3D打印，喷涂式打印更易于整合钢筋结构，适用于增强构件的制造。

清水建设表示，未来将继续推进相关技术研发，提升建筑3D打印水平，并致力于实现混凝土施工的全自动化。

该系统有望推动建筑结构设计的灵活化，促进施工省力化和劳动力削减，加速建筑行业的数字化转型。