机械臂vs龙门系统：如何选择最适合尺寸与占地面积的3D打印架构

3D打印机领域存在简单划分。成熟市场多为安装在框架或龙门内的运动系统机器，内置滑轨和驱动器。这些是龙门机器。另一方面，行业大部分倾向于基于独立机器人手臂的大规模机器，它们在保持机器小占地面积的同时增加潜在构建尺寸。

机器人手臂3D打印的优势仅在大型构建中真正体现，此时构建体积由手臂伸展范围决定，而非局限于龙门的刚性边界内。本文将进一步探讨机器人手臂与龙门系统在3D打印中的差异。

什么是用于3D打印的机器人手臂？

用于3D打印的机器人手臂是一种机械臂，与更常见的X-Y-Z正交方法显著不同。这种手臂可朝更宽范围的方向和姿态移动，因此这种方法便于利用更多自由度打印3D物体。更多信息请参阅《3D打印机机器人手臂》指南。

图1展示了一个机器人手臂3D打印机示例：

机器人手臂3D打印不常用于制造小零件。小规模下存在困难，使正交机器更实用。机器人手臂往往比龙门对应机型更昂贵，特别是小规模时。

总体而言，为在汽车和航空航天领域打印大型零件，机器人手臂会配备3D打印挤出机打印头（FDM/FFF/FGF）或激光/TIG焊接头。两者均可沉积材料创建最终物体。然而，这种手臂设置可在挤出基工艺上运行，将分层改为更复杂结构。这是因为额外自由度允许手臂以更复杂方式接近打印过程（如非平面打印）。

机器人手臂3D打印可用于打印大型物体和复杂几何形状的零件，这些用正交机器难以或无法创建。

机器人手臂可打印哪些项目？

机器人手臂3D打印增加了正交机器无法实现的灵活度。以下列出部分可打印项目：

1. 典型3D打印机无法容纳的大型物体。例如大型汽车零件、全尺寸家具、建筑构件、整栋建筑。
2. 通过更换挤出机，机器人手臂打印机可使用多材料、不同颜色或添加剂。
3. 视设备刚度和质量，机器人手臂打印机运动可高精度。这在执行大型或复杂设计时保持高精度。
4. 因额外运动自由度，异常形状和方向打印更易实现。可直接在曲面打印（非平面打印）或在构建体底面打印。
5. 复杂几何形状3D打印成为可能，因手臂可中断材料路径并从障碍物另一侧继续。这允许打印正交3D打印技术常无法实现的互锁物体。

机器人3D打印能力仅受手臂尺寸和刚度、运动精度和重复性限制，而较少受打印物体复杂度限制。

机器人手臂用于3D打印的优势是什么？

机器人手臂3D打印相对于龙门/正交机器的各种优势被认为重要，包括：

1. 打印区域/体积： 此方法允许用相对较小的机器进行超大打印，仅受其伸展体积限制。
2. 尺寸： 较小设备可交付更大打印件。
3. 成本/尺寸比： 虽然机器人手臂不便宜，但与能力较弱的超大正交打印机相比具竞争力。
4. 零件几何： 因多轴访问构建体，机器人手臂对构建几何限制少得多。
5. 各向异性控制： 构建“纹理”可按区域选择，因不需要严格单轴分层。这允许零件强度按各方向定向，提升打印件整体稳健性。

机器人手臂用于3D打印的劣势是什么？

虽然机器人手臂3D打印比正交打印方法有优势，但也存在劣势，包括：

1. 设置机器人3D打印成本高昂，对小企业或个人具有阻断性。
2. 机器人3D打印在创建/执行打印任务和初始硬件设置方面，比正交/龙门打印机需要高得多的技术专长。
3. 机器人本质无防护，易伤害旁观者。必须使用屏障和入侵传感器。
4. 像所有机器一样，机器人手臂需定期维护和偶尔维修。这可能比正交/龙门3D打印机昂贵且耗时得多。

机器人手臂有6轴吗？

是的，机器人3D打印机常有六轴，但许多机器人手臂自由度更少。六轴机器人手臂有六个运动轴：三个旋转轴（滚转、俯仰、偏航）和三个平移轴（上下、左右、前后）。六轴移动性是用于3D打印的工业机器人手臂常态。视预期应用，某些机器人3D打印机可能有超过六轴（或更少）。

什么是用于3D打印的龙门系统？

用于3D打印的龙门系统是由梁和滑轨组成的结构，支撑打印头/挤出机并引导其在移动和打印时的运动。关键功能是刚性和精度，将打印施加点精确置于构建体内。龙门系统允许比Delta或笛卡尔打印机更大的构建高度（从而体积）。龙门系统普遍适用于大多数3D打印技术。允许打印深度的Z轴机制，要么是龙门携带Z轴机制的运动结果，要么是构建台在独立机构上移动的结果。

龙门系统因其内在刚性和大构建体积潜力，在工业/专业和家庭/爱好者机器中广泛应用。图2展示了用于3D打印的龙门系统示例：

关于机器人手臂vs龙门系统的常见问题

机器人手臂相对于龙门系统在3D打印中的主要优势是什么？

机器人手臂相对于龙门系统在3D打印中的主要优势是其长伸展/大构建体积用于大型打印。移动大型正交龙门打印机到建筑工地通常需拆卸运输，使现场设置极具挑战。机器人手臂可收缩至中等尺寸并轻松放置在预期构建位置。

龙门系统相对于机器人手臂在3D打印中的主要优势是什么？

龙门式3D打印机购买、运行和维护成本低于机器人手臂机器。

哪种3D打印机类型用于建筑施工？

龙门和机器人手臂3D打印机类型均用于建筑施工，视尺寸等因素而定。原位建造更常由机器人手臂打印机执行，而固定现场构件制造用龙门机器更实用。

哪种3D打印机类型用于金属打印？

大多数金属3D打印机（特别是基于粉末床熔融的）利用激光和旋转镜将激光导向床面。它们既非机器人也非龙门系统。通常在惰性气体受控环境中运行，更适合小零件。

然而，某些金属打印技术，特别是用于制造大型零件的，可使用机器人手臂。WAAM（电弧增材制造）系统常采用安装在机器人手臂上的电弧焊机。

大型机器中机器人手臂打印的优势使其成为实用但不常见的选项，市场（从而机器制造商）对此表现出日益增长的兴趣。

这些3D打印机需要维护吗？

是的，所有3D打印机需要大量定期维护以提供可靠精度。某些方面，3D机器人手臂打印机需较少定期维护，但维护复杂得多且昂贵得多。

这些3D打印机有有限打印区域吗？

大多数3D打印机有构建区域限制，除非它们具有移动性（如CyBe RT混凝土3D打印机），或以传送带形式拥有“无限”轴。

这些3D打印机能用很久吗？

是的，若维护彻底定期且所需部件仍可用，3D打印机可长久使用。这些机器将持续运行直至不再具成本效益。该领域淘汰快，因机器性能被超越或打印成本被新发展削弱。因此商业可行性可能是决定其持续运行的决定性因素。

Dean McClements

Dean McClements拥有机械工程一等荣誉学士学位，在制造业拥有二十多年经验。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，深入理解工程流程和创新。

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