机器人辅助的3D 打印

　　本文译自德国Werkstatt und Betrieb 杂志

　　仿生设计、复杂的结构和小批量生产——HS Automation和库卡机器人合作开发的3D 金属结构件打印解决方案就是应对这些挑战的利器。

　　3D 打印技术可以打印的板材零件最小壁厚为2mm。它也可以打印出全部都是金属材料的加工件。3D 打印出来的零件根本无需或者只需很少的修整工作就能成为合格的零件。3D 打印系统的设计者实现了原材料浪费最小、生产成本最低而且又可以不受任何限制打印出设计师设计的、任意复杂结构的结构件。

　　HS Automation 生产制造的3D 金属打印机与库卡KRiontec 系列机器人相结合构成了一个新的3D 打印自动化单元。根据具体打印工件的大小，这一自动化单元的翻转旋转工作台可以与实现与机器人手臂同步移动，确保了打印头输送的焊丝始终能够准确地送达需要焊接的部位。这样一来就省去了传统3D 打印时所需的支撑结构了。

　　无需昂贵的后处理

　　与其他竞争对手相关产品相比较，采用绝对测量技术的机器人有着更高的准确性。HS Automation 的总经理兼采购总监Rolf Steidinger 表示：“我们的机器人解决方案极大扩展了3D 打印技术的应用可能性。一旦某个零件无法按照传统方法制造，就可以采用3D 打印技术了。例如3D 打印技术可以轻松地解决配件生产问题，因为它可以轻松且方便地生产库房中没有的零配件。”

　　相对于传统制造工艺，3D 打印技术以其更低的成本价格、4 倍高的生产效率而给人留下了深刻的印象。与车、铣等从整块金属材料中切削出一个零件的加工工艺技术相比较，激光沉积焊接技术减少了原材料的消耗和后序工序所用的工时。金属材料的节约率高达98%。这些优势在模具制造、特种设备制造或者在原型件试制中表现的最为突出。因此这一工艺技术能够大大加快像风力涡轮机叶片等流体动力学零部件的生产、测试和优化。

　　可持续性和适应性

　　机器人辅助下的激光沉积焊接达到的焊接精度将金属3D 打印技术的常规应用提升到了一个新的水平。例如机器人辅助的激光沉积焊接系统能够焊接出两层薄壁的结构件，而且两层薄壁之间还有内部冷却通道。这台配有6 个200w激光器的增材制造设备不仅能够打印单一材质的结构件，而且还可以打印不同材质的结构件。

　　“几乎所有的金属材料都可以使用这套设备进行增材制造，不锈钢、钛合金、工具钢、镍合金。我们的激光技术合作伙伴Meltio 公司目前正在研发铜合金的3D 打印工艺。这意味着这一技术也可以在电动汽车生产中使用了。”HSAutomtion项目负责人Marc Steidinger认为，机器人辅助下的激光3D 打印技术在零配件的生产、系列产品的开发和医疗技术领域中有着广泛的应用。

　　在系列产品的原型件、原型机试制过程中，设计者可以从灵活的、完整的3D 打印参数中获益匪浅。未来，钛合金的人工膝关节和其他高级材料制造的其他医用植入物也可以用3D 打印技术来制造，满足患者的特殊需要。

　　采用创新性Kuka.CNC 数控软件的全新解决方案是对中小型企业有吸引力的解决方案。在这一软件系统的帮助下，利用CAD/CAM 系统设计的结构件都可以直接制造出来，无需再转换为库卡机器人使用的KRL 专用语言。

　　利用好合作关系

　　拥有大约20 名职工的HSAutomation 一直致力于帮助中小型企业实现自动化。Steidinger 将自己视为一家能够为中小型企业提供更加高效、更加可持续发展解决方案的合作伙伴。他说：“24 年来，我们一直为客户提供自动化解决方案。我们和用户一起不断的开发具有最高技术水平的未来型解决方案。”

　　两家企业利用彼此的优势从面向未来的解决方案和盈利方式中实现了双赢，直接面对生产实践、具有行业特点和极高应用要求的挑战。HS Automation的专家设计和制造了一条完整的生产线——从自动化上料、按规定长度进料、自动切割、拧紧螺母或者铆接。当然，他们也生产功能单一的激光加工单元，例如激光点焊生产单元。

　　设备调试时，HS Automation 也使用了一些库卡的产品，例如Kuka.Sim仿真模拟软件，以确保项目的成功。专家们在设备安装之前就用仿真模拟软件规划设备在车间里的空间尺寸大小、运动半径和安全区等等。