3D打印赋能金属制造自动化：从零件收集槽到工装夹具

人工定期检验导致自动化车削单元暂停生产。3D打印零件收集槽将零件送至单元外，解决此问题。（所有图片由Superior Metal Products提供，除注明外。）

一年前笔者造访Omaha的Superior Metal Products，报道其复杂机器人单元：Doosan TW2600双主轴车削中心对铸铁泵组件家族进行端面加工。简述：入料输送带送工件至FANUC机器人上料，完工后机器人卸料放至手推车。

这是该车间第二个机器人加工单元。首个于2018年装机，含Okuma LB3000 EXII车削中心，配Halter的LoadAssistant机器人上料工件存储单元实现无人值守。该自包含单元安装于机床门左侧，含FANUC机器人与双面可分度工作台（分侧存放毛坯与成件）。操作员可安全访问半个工作台取成件/放毛坯，同时机器人在另一半侧服务机床。

此为加装收集槽前笔者拍摄：操作员须进入机器人区域取件检验。

部分围栏将操作员与机器人可达的工作台半侧隔开。但机床门前区域敞开，供操作员必要时靠近机床。激光扫描仪检测人员接近：进入外层安全区机器人减速，进内层区机器人停机。

多年运行实现大量无人值守。但规定间隔检验要求操作员进入安全区取件测量，暂时中断生产。车间桌面3D打印机打印的塑料零件收集槽安装在LoadAssistant围栏上，解决此题。机器人现将待检件投入滑槽，操作员在托盘取件无需进入激光扫描区、不停机。这只是Superior Metal Products用3D打印机制作车间实用件的一个例证——有时比传统加工更便捷。

打印作为加工替代方案

Superior Metal Products 30000 sq ft厂房设备丰富：立加、卧加、车削中心、滚齿、拉床、磨床、研磨、焊接、平衡设备。桌面级3D塑料打印机LulzBot TAZ-6于2017年底购入。

3D打印第一步：建立零件CAD模型。图为收集槽组件模型。

总裁Frank O'Connor称：虽不明确打印机如何支撑车间需求，但时机成熟，买来试用。此后车间打印多件物品，在各类加工制造流程中证明价值。

“典型机械车间内部用3D打印件的场景之多令人惊讶。”O'Connor说。“虽有些件能加工，但3D打印有时是更容易的路径。”

他解释：3D打印只需建CAD模型、设少量参数（温度、填充率、壁厚）、按“打印”、稍后取件。加工则需建草图/CAD模型、写CNC程序（此时打印机可能已印好件、他已转别事）、找料锯料、备刀具工装、调机、检验——消耗他的时间及本可跑生产的机床时间。

“不贬低加工。加工比3D打印酷多了。”O'Connor调侃。“我的饭碗靠机加工需求。但对单件/小批量、可用打印材料可靠运行的件，3D打印是好选项。”

收集槽主体打印中。注意中间支撑结构，打印完成后移除。

自动化Okuma单元的带收集盘零件槽即好例。槽口在受保护区（围栏与激光扫描区内），槽口在区外。O'Connor称益处不仅含：不停机取件、稳守检验频次，还在于单元操作员在单元旁作业时，只需瞥一眼托盘有无件即知是否该检验。

Halter LoadAssistant控制器的自定义程序利用对话数据记录零件长度并调整投料点，确保顺利入槽。

O'Connor称机器人投料程序为LoadAssistant控制器自定义程序。操作员仅将程序加入机器人任务列表，在FANUC示教器登记检验投料频次。计数达标时，下一完工件投入槽而非LoadAssistant工作台。“妙处在于自定义程序用Halter对话数据记录零件长度并调整投料点，确保顺利入槽。”

其他打印案例

2019年探访时，笔者看到Superior Metal Products设计打印的多款车间辅助装置。现举一例及近期新增案例。

另一自动化加工单元的双刀塔车床用快换刀具，由3D打印托盘承载（搁于机床护罩边缘供操作员取用）。O'Connor称托盘还为单元看管团队提供视觉指示：运行中哪些刀具需翻转/更换刀片。托盘在工作台上（安全围栏外）时，刀尖朝机床者备装待用，背向者需换刀片后才能进入下一换刀周期。

此类虎钳软爪可3D打印适配半复杂形状。材料PETG（聚对苯二甲酸乙二醇酯），实心填充。可承受50 ft-lbs虎钳拧紧扭矩，用于该零件的铣/钻/镗/拉削工序。O'Connor称25件批次跑完无降解迹象。

模块化托盘/通用工位货架系统，存放各类检验量具。针规、螺纹规、专用检具等由质检人员按工单套装，随生产准备/发布下发车间。