结合 3D 打印和机器人技术打造智能工厂

3D 打印与工业机器人相结合可能是一种新颖但有前途的制造方法。

推动其发展的两个主要驱动因素是：需要更准确、更重复地创建大型物体，以及通过 3D 打印实现更加自动化和集成化生产的机会。随着制造技术的发展，这种组合可能是朝着更大程度的数字化和智能制造不断发展的解决方案之一。

结合机器人和 3D 打印？

工业机器人与3D打印的结合可以通过两种方式实现。第一种方式是为机械臂配备材料沉积头。

Stratasys 在 2016 年 IMTS 上推出的机器人复合材料 3D 演示器做到了这一点。基于 Stratasys 的 FDM 技术的挤出头与工业 8 轴运动控制硬件相结合，使生产成为可能由热塑性长丝制成的更大、更轻、更精确的零件。

另一种将 3D 打印和机器人技术结合在一起的方法是创建一个集成解决方案，让工业机器人在各个生产阶段协助 3D 打印。一个很好的例子是总部位于美国的 3D 打印服务 Voodoo Manufacturing，它创建了一个工业机器人来自动化更换打印机构建板的手动过程，提高工厂车间的生产力。

后处理 3D 打印部件也可以在机器人技术的帮助下实现自动化。美国 3D 打印公司 Methods 3D 在 IMTS 2016 上展示了由发那科机械臂实现的增材制造零件的自动清洗、固化和最终精加工。

机器人技术的好处

工业机器人是自动化机器，具有高重复性和多轴运动自由度。 3D 打印以能够以快速且经济高效的方式创建具有复杂几何形状的零件而闻名。结合使用时，机器人增材制造可能会创建大型物体。

借助多轴机械臂，机器人 3D 打印机可以向各个方向移动并以不同角度进行 3D 打印，进一步扩大了创建复杂形状的自由度。此外，这种类型的技术通常不使用任何支撑结构。虽然这意味着用机器人 3D 打印制造的物体必须是自支撑的，但可以通过重新定位构建平台来解决这一挑战，使悬垂成为可能。

机器人技术和3D打印的结合在更好的材料管理方面也有好处。 3D 打印减少了材料浪费，因为材料仅在需要的地方沉积。因此，机器人 3D 打印提供了一种可持续的制造方法。

虽然机器人增材制造市场仍处于起步阶段，但它为许多行业提供了使用各种材料和技术的解决方案。

例如，金属铸造行业可以从 Viridis3D 开发的机器人增材制造 (RAM) 系统中受益。目前，Viridis3D 提供四种 RAM 系统，是与 EnvisionTEC 合作开发的。与 Stratasys 基于 FDM 的机器人 3D 打印机不同，RAM 系统涉及粘合剂喷射技术，主要使用沙子。它使用带有喷墨头的 ABB 工业机械臂，将沙子和液体粘合剂层沉积在打印平台上。沙子逐渐融合在一起，形成一个大的固体物体。

RAM 系统的用户之一 Hazleton Casting Company 认为，机器人砂 3D 打印是金属铸造行业的游戏规则改变者，部分原因是它提供了一个可扩展的平台来生产定制、更快地按需加工几何复杂的砂芯和模具。

3D 打印和机器人技术：用例

建筑行业可能是机器人 3D 打印的最大受益者之一。一些建筑公司已将工业机械臂转向使用多种材料进行 3D 打印。

例如，法国初创公司 XtreeE 为 ABB 机械臂配备了混凝土挤出机，以创建复杂的几何形状结构高达 14 m。由于工业机械臂的移动自由，这款 3D 打印机使设计师和架构师能够尝试不同的形状。 XtreeE 与土木工程和建筑公司合作，开发了令人印象深刻的项目组合。探索可持续设计和建造的概念，XtreeE 的项目包括 3D 打印的外墙板、柱子、长凳甚至亭子。

用金属进行机器人增材制造也是可能的。 MX3D Metal 是由荷兰公司 MX3D 开发的混合 3D 打印机的一个很好的例子。 3D打印机结合了工业机器人和焊接机来创建大型金属三维结构。该机器使用一系列线状金属，一次熔化和融合少量材料，无需使用支撑即可产生自由形式的结构。该公司去年凭借 3D 打印的 12 米长钢桥成为头条新闻，该桥将于 2018 年底完成并安装。

另一家在建筑领域推进机器人 3D 打印应用的公司是位于伦敦的 Ai Build。自 2015 年成立以来，Ai Build 一直在开发用于大规模 3D 打印的人工智能和计算机视觉。这导致了 AiMaker——一个机器人、人工智能驱动的 3D 打印工具头，它可以连接到任何机械臂，从而能够用塑料增材制造大型建筑件。 AI 算法与传感器和摄像头相结合，使 AiMaker 能够监控打印过程并检测任何发生的问题。

展望未来

与人工智能相结合的智能工业机器人和增材机可以有更广泛的应用，包括智能和自动修复。斯威本科技大学与创新制造合作研究中心 (IMCRC) 和 Tradiebot Industries 合作，正在开展一个名为 Repair Bot 的项目。该项目旨在开发塑料汽车零部件的自动维修服务。 3D 扫描和 3D 打印将用于创建替换零件，而工业机器人将实现装配过程的自动化。

最终，增材制造和机器人技术的结合是有益的，不仅因为它使大缩放 3D 打印对象。从更大的角度来看，工业机器人有助于将该技术与传统的自动化生产系统相结合。增材制造的自动化及其与工业格局的整合最终将为未来的智能制造带来许多机会。