研究人員開發(fā)一款可自由移動3D打印機MobiPrint

南極熊導(dǎo)讀：隨著3D打印技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)固定式3D打印機的局限性逐漸顯現(xiàn)。盡管它們在功能和精度上不斷進(jìn)步，但它們需要被固定在一個位置進(jìn)行打印，這限制了它們的應(yīng)用場景和便捷性。然而，隨著創(chuàng)新的出現(xiàn)，這一局面正在被打破。

△可移動3D打印機器人MobiPrint

2024年12月7日，南極熊獲悉，華盛頓大學(xué)的研究團隊開發(fā)出一款名為MobiPrint的創(chuàng)新桌面3D打印機。該設(shè)備不僅使用戶能夠在家中輕松制造各種物品，還具備前所未有的自主移動功能，能夠獨立到達(dá)指定位置進(jìn)行打印作業(yè)。MobiPrint的獨特之處在于它能夠自動測量空間周長，并直接在地板上精確地打印出所需物品。

項目由Daniel Campos Zamora領(lǐng)導(dǎo)，并在匹茲堡舉行的ACM用戶界面軟件和技術(shù)研討會上進(jìn)行了展示。MobiPrint項目得到了美國國家科學(xué)基金會的資助，并由普渡大學(xué)助理教授、艾倫學(xué)院前博士生Liang He共同參與。

△MobiPrint的結(jié)構(gòu)示意圖

MobiPrint的創(chuàng)新特點

這款創(chuàng)新的3D打印機融合了多項先進(jìn)技術(shù)。系統(tǒng)的核心是一臺經(jīng)過改裝的Prusa Mini+ 3D打印機，它被巧妙地安裝在了Roborock S5掃地機器人的平臺上。MobiPrint的用戶交互通過一個專門設(shè)計的圖形用戶界面（GUI）實現(xiàn)，用戶可在機器人繪制的室內(nèi)地圖上自由繪制和定位物體。

為了實現(xiàn)精準(zhǔn)的定位打印，系統(tǒng)采用了開源軟件Valetudo，它利用與家用掃地機器人相同的LiDAR（光檢測和測距）技術(shù)來繪制周圍環(huán)境。這使得MobiPrint能夠在不同類型的地面材料上進(jìn)行打印，包括地毯、乙烯基和硬木地板，且打印尺寸最大可達(dá)180x180x65毫米。

軟件還提供了本地化功能，允許用戶查看和校驗機器人路徑，無需依賴云端服務(wù)。用戶可以利用MobiPrint的內(nèi)置庫選擇預(yù)設(shè)模板，或上傳個人設(shè)計文件。通過在地圖上選定打印位置、調(diào)整設(shè)計尺寸和位置后，機器人將移動到指定位置，并直接在地板上進(jìn)行物體的打印。MobiPrint使用常見的PLA生物塑料作為打印材料，能夠制造出實用的結(jié)構(gòu)件、家庭定制物品或環(huán)境藝術(shù)裝飾品。

目前，MobiPrint的打印模式為“停放并打印”：它會在地圖上識別出預(yù)定的打印位置，隨后停車并開始打印指定對象。由于打印過程中需要保持機器人穩(wěn)定，這限制了它打印大型設(shè)計的能力。不過，項目負(fù)責(zé)人Daniel Campos Zamora正考慮擴展功能，以支持連續(xù)模式打印，從而實現(xiàn)更大尺寸物體的打印。

△繪制獨立到達(dá)打印地點的路線

MobiPrint為視障人士提供服務(wù)

華盛頓大學(xué)的研究團隊認(rèn)為，MobiPrint不僅僅是一種用于美化家居的藝術(shù)3D打印設(shè)備，更是實現(xiàn)包容性社會的重要一步。由Daniel Campos Zamora領(lǐng)導(dǎo)的實驗室專注于開發(fā)創(chuàng)新工具，旨在提升視障人士的生活品質(zhì)。

Campos Zamora解釋道：“激發(fā)這個項目的靈感之一，是研究如何利用觸覺表面指示器幫助盲人和視力受限的用戶在空間中導(dǎo)航。這些指示器能提供關(guān)鍵信息，比如在會議中辨認(rèn)方向，或警示潛在危險，例如樓梯的存在。MobiPrint甚至能夠制造坡道，以覆蓋不平整的地面�！�

艾倫學(xué)院的教授Jon E. Froehlich分享了他的愿景：“想象一個騎自行車的孩子，或者坐在輪椅上的朋友和家人，他們來到?jīng)]有路緣的人行道盡頭。如果未來我們可以讓機器人在街上走動，建造一個坡道，哪怕它只工作了很短的時間，那也是非常棒的。這展示了環(huán)境的可重構(gòu)性。”

研究人員目前正致力于使MobiPrint能夠移除并回收打印的物體。他們還在探索在戶外環(huán)境中使用不同材料，在其它表面（例如桌子或墻壁）上進(jìn)行打印的可能性，盡管目前使用混凝土等材料還無法實現(xiàn)。

目前，項目的最終目標(biāo)是讓技術(shù)更加貼合人們的實際需求，使家庭和公共空間變得更加包容。這個項目不僅體現(xiàn)了技術(shù)進(jìn)步，而且提供了一個真正改善日常生活的工具，尤其關(guān)注視障人士的需求。盡管MobiPrint仍在開發(fā)中，并存在一些限制，但它的潛在應(yīng)用前景是美好的。

△MobiPrint可以打印觸覺表面標(biāo)記，幫助盲人和視力受損的人在房間內(nèi)確定方向（左），并可以為他們的輔助工具（如手杖）提供支撐（右）

移動3D打印機器人未來的應(yīng)用展望

南極熊認(rèn)為，隨著科技的不斷進(jìn)步，3D打印技術(shù)正在從傳統(tǒng)固定式打印機的局限中解放出來，向著更加靈活、智能的方向發(fā)展。在未來，隨著技術(shù)的進(jìn)一步成熟和人工智能（AI）系統(tǒng)的引入，移動3D打印機器人有望在城市基礎(chǔ)設(shè)施維修、建筑施工和公共藝術(shù)創(chuàng)作等領(lǐng)域扮演更加重要的角色。它們不僅能夠替代人類進(jìn)行一些重復(fù)性或危險性的工作，提高效率和安全性，還可以在緊急情況下快速響應(yīng)，進(jìn)行必要的修復(fù)或建設(shè)工作。