用于 3D 打印的机械臂：领先制造商、优点和缺点

3D 打印机机械臂是一种附有 3D 打印头的工业铰接式机械臂。这提供了规模和多功能性，以实现工业规模的 3D 打印。它可以应用于不同的3D打印技术，例如用于金属打印的线弧增材制造，或用于颗粒打印的颗粒挤出。 3D打印机器人正在快速发展，由于其规模，在建筑行业有许多潜在的应用。目前，我们正在与机械臂供应商以及第三方 3D 打印专家开展大量合作，以大规模开发不同的增材制造方法并将其商业化。本文将讨论 3D 打印机机械臂、其制造商、优点和缺点。 

什么是 3D 打印机械臂？

用于 3D 打印的机械臂是机械臂制造的一种形式。工业铰接式机械臂用于移动打印头以增材制造组件。也可称为机器人增材制造（RAM）。它可以利用现有的 3D 打印方法，例如熔融沉积建模 (FDM) 或定向能量沉积 (DED)，但进给材料由机械臂而不是龙门架移动和定位。下图1展示了工业应用中使用的标准关节式机械臂：

有关更多信息，请参阅我们的《关于 3D 打印的一切》指南。

机械臂对于3D打印项目有哪些优势？

机械臂3D打印具有许多宝贵的优势，包括：

1. 与典型的独立 3D 打印机相比，使用机械臂进行 3D 打印可以立即打印更大尺寸的模型（任何尺寸>1 m）。如果机器人能够移动，则可以打印一维最大30 m的模型。
2. 五轴或六轴运动为 3D 打印头提供了运动自由度。它提供了跟踪复杂路径以构建组件的能力。
3. 由于打印头可以自由移动，因此大多数模型都可以在没有支撑的情况下构建。但是，为了完全避免对某些模型的支持，构建平台可能也需要移动，以允许模型重新定向。
4. 机械臂可以配备各种 3D 打印夹具，包括允许使用多种进给材料的夹具，例如 WAAM 或 CBAM。

机械臂对于 3D 打印项目有哪些缺点？

机械臂3D打印有许多复杂性和局限性，包括：

1. 除了本来就很昂贵的增材制造系统之外，使用机械臂会显着增加成本。预计组合设置的成本将超过 100,000 美元。
2. 复杂性。
3. 大多数带有机械臂的 3D 打印设置都与来自一家专业供应商的机械臂、来自另一家供应商的打印头以及可能来自第三方的软件组合在一起。从单一提供商处购买一体化解决方案并不常见或容易。这确实给不同平台的集成带来了一些困难。

有哪些不同的机械臂 3D 打印制造商解决方案？

一般来说，有机械臂制造商提供机器人并与3D打印组织合作。然后是 3D 打印技术合作伙伴，他们在机械臂供应商的帮助下开发其特定的增材制造方法。下面列出了一些不同的机械臂 3D 打印制造商：

1。 ABB

ABB 是一家大型跨国公司。负责设计和供应机械臂的实体是 ABB Robotics。 ABB 不仅提供机器人，还提供流行的 RobotStudio® 软件，并与 Massive Dimension 等专业组织合作，进一步推进 3D 打印技术。

2。库卡

KUKA是一家德国自动化和机器人公司，广泛用于机械臂3D打印机。它还专注于与人类一起工作的协作机器人。 KUKA 与 Orbital Composites 等其他 3D 打印团队合作，他们的机器人用于多种不同的 3D 打印应用。

3。柯马

柯马是一家意大利自动化和机器人供应商。它特别专注于将物联网和人工智能集成到其机械臂的操作中。 CEAD 和 Continuous Composites 等第三方 3D 打印公司使用柯马机械臂进行制造。

4。 Hyperion Robotics 的机械臂

Hyperion起源于芬兰赫尔辛基，专注于建筑行业。该公司开发了自己的建筑混合物，用于挤压成 3D 打印结构，从而限制水泥含量并最大限度地回收废料。

5。 CEAD

CEAD 总部位于荷兰代尔夫特。它的独特之处在于它专注于将 3D 打印和 CNC 铣削功能结合到一个单元中。尤其是 CEAD 的 AM Flexbot，作为单一制造站已在许多应用中得到应用。

6。 Weber Additive 的 DXR 系列

德国 Weber Additive 以其 DXR 系列机械臂 3D 打印机而闻名。他们使用挤出机对聚合物进行增材制造。

7。轨道复合材料

Orbital Composites 一直是机械臂 3D 打印行业的先驱。其Orbital S是第一台工业规模的机器人3D打印机，速度高达2 m/s。

8。巨大的维度

Massive Dimension 专注于大规模 3D 打印，提供交钥匙机器人打印单元。其技术重点是聚合物颗粒挤出。

9。 Dyze 设计脉冲星

Dyze Design 的 Pulsar™ 是一种大型颗粒挤出增材制造系统，旨在管理一系列操作条件。 Pulsar 具有隔热罩、水冷却回路和多种喷嘴尺寸，能够使用一系列不同的聚合物进行打印。

10。 MX3D

来自荷兰的 MX3D 因 3D 打印钢制人行桥而闻名，目前安装在阿姆斯特丹。 MX3D 专注于使用 WAAM 技术进行金属打印，甚至为此开发了自己的专用软件。

11。连续复合材料

Continuous Composites 凭借其专利碳纤维打印技术 CF3D 取得了成功。该公司已与 NASA 签订合同，生产太空用组件。

12。分支技术

Branch Technology 专注于 3D 打印结构，例如位于纳什维尔的完全 3D 打印的展馆。公司与建筑师、设计师共同推动3D打印在建筑中的应用。

机械臂如何进行 3D 打印？

用于 3D 打印的机器人手臂的工作方式与典型的工业机器人手臂非常相似，只不过打印头安装在手臂的末端。机器人手臂有多个关节，每个关节都提供一定的运动自由度，总共提供五轴或六轴控制。然后，机器人能够在一系列可能的位置上移动、倾斜和定位打印头。通过这种方式，机械臂将打印头移动到组件上方，以打印多层和轮廓。

机器人手臂 3D 打印有哪些软件选项？

机器人手臂打印软件的重点是计算机器人头部移动的最佳路径，以准确打印模型。以下是三种流行的软件选项：

1. RobotStudio ® ABB 3D 打印 PowerPac： 该软件能够管理不同的增材制造工艺，例如焊接或颗粒打印。整个打印可以在 RobotStudio® 中进行模拟和可视化，然后将其发送到实际的机器人进行构建。
2. ADAXIS 的 AdaOne： 路径规划软件能够与许多不同的机器人品牌及其内部编程语言配合使用。它可以使用多种打印材料。
3. 来自 MX3D 的 MetalXL： 该软件专门针对 WAAM（电弧增材制造），这是 MX3D 的重点。它包括用于打印可行性和路径规划、打印模拟和控制以及打印后分析的模块。

有关 3D 打印机机械臂的常见问题

3D打印机械臂能持续多久？

3D 打印机械臂的使用寿命预计约为八年。这是基于当前跨多个行业使用的工业铰接式机械臂的使用寿命。这些机器人的有效运行时间可长达 20 年。然而，它们在 3D 打印中的应用仍然是最近的事情，并且正在大力开发中，因此更长的使用寿命的可能性较小。此外，尽管机器人可能在八年后仍能正常运行，但安装在机械臂末端的 3D 打印机械可能不会有这么长的寿命。这既是由于它们最近的发展，也是因为它们可能由于技术发展的快速步伐而变得无关紧要。

机械臂能够打印房屋吗？

不，典型的铰接式机械臂无法打印房屋。机械臂 3D 打印机的打印量有限，由机械臂的尺寸和与固定底座的距离决定。因此，机械臂3D打印机通常只能打印组件，然后将其组装成更大的物体，例如建筑物。能够打印房屋的大型3D打印机是龙门式3D打印机的特殊版本，其中建立了更大的结构，以便能够覆盖足够大的房屋打印体积。

机械臂的可打印区域是否有限？

是的，机械臂的可打印区域确实有限。大多数机械臂都有一个固定底座，因此底座周围的范围受到机械臂长度的限制。在 3D 打印中，该范围约为 1.5 m。一些机械臂已安装在导轨上，这在该方向上增加了额外的可打印区域。然而，本质上，可打印区域仍然受到机械臂实际触及范围的限制。

机械臂的质量依赖于 3D 软件吗？

是的，机械臂确实依赖于 3D 软件来保证最终打印部件的质量。大规模 3D 打印极其复杂，机械臂的运动必须由软件仔细控制。根据打印的材料及其随温度和湿度的收缩特性，控制打印的软件需要能够对收缩进行建模。此外，软件需要在构建时对正在开发的部件进行准确建模，以确保机械臂在构建过程中不会与构建体发生碰撞。无论机械臂的运动精度如何，无法准确模拟进料固化特性的软件都无法提供良好的最终质量。

用于 3D 打印的机械臂和龙门系统有什么区别？

用于 3D 打印的机械臂和龙门系统之间存在许多差异。第一个区别是机械臂能够在六个轴上移动，而龙门系统只能在三个轴上移动。这也意味着机械臂更适合打印弯曲和球形物品，而龙门系统更适合立方体打印。然而，龙门系统能够打印比机械臂更大的单元。龙门系统的总体精度也往往比机械臂更好。机械臂具有非常好的点精度（在特定端点），但它们沿行进路径的精度仍在提高。有关更多信息，请参阅我们的 3D 打印机械臂与龙门系统指南。

摘要

本文介绍了 3D 打印机机械臂，解释了它是什么，并讨论了它的各种应用。要了解有关 3D 打印机机械臂的更多信息，请联系 Xometry 代表。

Xometry 提供广泛的制造能力，包括 3D 打印和其他增值服务，满足您的所有原型设计和生产需求。请访问我们的网站了解更多信息或索取免费、无义务的报价。

版权和商标声明

1. RobotStudio® 是瑞典韦斯特拉斯 ABB AB 的注册商标
2. Pulsar™ 是魁北克省 LeMoyne Dyze Design Inc. 的商标

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迪恩·麦克克莱门茨

Dean McClements 是机械工程荣誉学士学位毕业生，在制造业拥有二十多年的经验。他的职业生涯包括在 Caterpillar、Autodesk、Collins Aerospace 和 Hyster-Yale 等领先公司担任重要职务，在那里他对工程流程和创新有了深入的了解。

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