大规模生产 高质量的复合材料 部件。图片来源 ：ArevoLabs
作者 | Laura Moretz
“
技术的进步提高了准确性，使机器人能够提高增材制造系统的精度，并使增材制造商能够制造更大的零件。
”
机器人不断推动增材制造的发展，实现效率、精度的提升，同时使其所能创建零件的尺寸也在不断增大。在这个不断发展的领域，无论是长期的行业领导者还是初创公司， 都在使用机器人改进增材制造（3D 打印）的 产品。
硅谷初创公司 Arevo 和美国 Fanuc 这两 家公司，在机器人的协助下，制造单件零部 件。其它公司也在该领域进行创新，致力于制造更大的零部件并消除薄弱环节。总部位 于美国马萨诸塞州 Auburn 的德国公司 Physik Instrumente(PI)，对其部件在亚微米精度上进 行了深入研究，这反过来又使增材制造商在 3D 打印过程中能够实现更高的精度。
▎经过后期处理过的光滑表面。图片来源 ：FANUC
从一开始就最大程度的实现自动化
Arevo 是一家创建于 2013 年的初创公 司， 开 发 了 直 接 数 字 增 材 制 造 技 术， 可 以 为一系列客户按需制造坚固、轻便的零件。Wiener Mondesir 是这家硅谷公司的联合创始 人兼首席技术官 (CTO)，他描述了其专有软件 Xplorator 是如何创建轻质碳纤维复合材料的。
他的合作伙伴一致认为，“如果通过软件 能够查看现实世界的负载条件，并给出正确的 纤维方向，那么该软件就可以为我们解锁很多 事情。”
Xplator 软件有助于帮助客户消除手工制 作流程。Mondesir 说 ：“必须可以自动执行此 操作，只有这样才能赋予客户更大的自由。” Arevo 的下一个任务是使用软件建模找到最佳 的构建方式。3D 打印是构建复合结构的关键。
▎运行人员监控由协作机器人执行的焊丝增材制造过程。图片来源 ：RIA
“如果可以通过软件定制，我们就可以了解如何定向纤维，构建一种可以满足任何类型 预定材料或零件特性的结构。所以我们制造了 一台机器实现这个功能。” Mondesir 说。最新的版本是 Aqua2 碳纤维打印机。
接下来，Arevo 公司的重要进展是材料。3D 打印最初用于打印原型系统，但现在的目标是打印用于产品的零部件。在实际生产中， 需要了解该零件在现实世界中的性能，包括 质量、一致的重复性、精度、尺寸公差和质 量保证等。
在 Arevo 创建出第一批原型后，它增加 了机器人以提供多通道能力和在三维空间中 定向的能力。Arevo 对碳纤维复合材料的使用 使得从概念到功能产品的周转时间缩短。它 的工业级连续纤维 3D 打印系统可以打印体积达 1 立方米的部件。
前进路上的关键胜利
Arevo 接受客户的零件订单，并继续开发 碳纤维复合材料的新用途，每月举办“黑客马 拉松”活动。从这些极具创意的编程活动中， 它开发了一种广受欢迎的连续碳纤维网球拍及附件。在一项单独的计划中，Arevo 还开发了一款碳纤维自行车 Superstrata，最初的目的是用于技术和产品验证，但也看到它有一个令人兴奋的市场。它的框架是单片碳纤维，由 Xplorator 设计，并在 Aqua 平台上打印。每辆自行车都是定制的，以适应不同的腿长和体型。
Arevo 公司正在扩大其 3D 打印的能力， 它在位于加利福尼亚州 Milpitas 的工厂有 5 台 Aqua 机器，现在正在向越南的一个新工厂增 加 15 台 Aqua 机器。根据规划，越南工厂会增加到 100 台机器。
快速重新设计和周转是关键。Mondesir 说 ：“如果你能够以这种速度前进，你就有能 力快速改变，如果某些事情不合适，你可以做出改变并继续。”自动化使这一切成为可能。
技术前沿：让人尖叫的3D打印体验
这段时间估计大家对设计都心如死灰：各设计院裁员清单，某总院的加班通知所衍生的杨总“驯化” 之本质，让设计狗再一次跌进无底线的深渊，计成号主今天居然在朋友圈晒出不再管控计成的帖子，真的是跟设计相关也是烫手？ 建筑鹿也自怜自爱的发表自己祥子的感慨
▎用于 PCB 板和电子元件激光加工的定制龙门架。图片来源 ：Physik Instrumente
用于大型零部件增材制造的金属线材
总部位于密歇根州罗切斯特山的 Fanuc 美国公司是美国第一大机器人制造商，在汽 车、航空航天、农业设备和其他许多行业拥 有广泛的客户。其母公司 Fanuc 于 1956 年 在日本成立。
美国 Fanuc 公司还与专门从事机器人集 成以构建自动化系统的合作伙伴合作，为航空航天业提供增材制造或 3D 打印的机器人。
焊丝增材制造 (WAAM) 的最新进展，使其可以在机器人的帮助下创建大型零部件。美国 Fanuc 公司的总经理 Mark Scherler 说， 焊丝工艺可以制造出适用于汽车和飞机的金 属零件。
▎用于纳米结构的 TERA-Fab 桌面打 印机 ：3D 压电纳米定位台移动基板。
“当挤压头可以放在机器人上时，它就会从三轴系统变成六轴系统，”Scherler 说，“很 明显，我们可以通过机器人以多种方式操纵头 部，这些模型提供的包络比标准增材系统允许 的范围更大。所以你可以制造更大的零部件。”
Scherler 说，他对增材工艺带来的新可能性感到兴奋，包括设计灵活性、重量减轻以及 更高效的设计。“它为制造业开辟了许多新思 路。”虽然在 Fanuc 的 100 人研发团队中，只 有一部分人专注于增材制造，但这种关注度已 经越来越高。
例如，“很多年前，我并没有真正考虑使 用焊丝实现增材。但现在这个过程已经足够成 熟，人们正在使用它。” Scherler 说，“而能够 把它放在我们的一个机器人上并制造一个零件是相当令人兴奋的。”
此外，Fanuc 采用了协作机器人 (cobot) 概念，该概念允许人类在机器人工作时与其互动或站在机器人附近，而无需将机器人与人类 分开的标准防护装置。Fanuc 在 Fabtech 等展 会上展示了协作机器人，为航空航天工业的典 型小金属部件执行焊丝增材制造。在生产制造 中，这种零件可能达到三四英尺高。
▎纳米世界中的增 材制造。用于纳米结构 的 TERA-Fab 桌面打印 机。图片来源 ：TERAprint/RIA
提升增材制造系统的精度
作为一家专注于运动系统的德国公司，PI 是能够为增材制造系统创建最高精度的零件。PI 精密自动化技术公司的经理 Matthew Price 表示，该公司有一个 40 到 50 人的团队，致 力于为他们的增材制造客户制造更精确的零 件，通常是微米和亚微米级。
“我们不销售增材制造系统。我们卖给建造它们的人。如果你拿起一个零件，看到零件上有缺陷，我们可能不会参与这样的零件制造。” Price 说，“我们的核心是制造用于构建先进 3D 打印机或先进增材制造系统的硬件和 软件。”PI 经常与大学研究中心和私营或公共 部门的商业公司合作，这些公司使用极小的零 部件。
“他们开始需要 50 微米和 30 微米以下的 零部件。然后还有专门的激光工艺，可实现更 大的尺寸。”Price 指出 , 光聚合是最先进的技 术。双光子聚合可以解析到亚百纳米级。
PI 公司的目标是帮助制造商继续提高使用 机器人进行增材制造的性能。“我们不会拥有客 户所拥有的那种材料/工艺专业知识。”Price说， “同样，他们也永远不会拥有我们所拥有的那种 精密自动化专业知识。当你把两者放在一起时， 你就能真正获得最佳结果。”
关键概念：
■ 机器人持续推动增材制造的发展，使其能够更精确地制造更大的零部件。
■ 焊丝增材制造的最新进展，使其可以在机器人的帮助下创建大型零部件。
■ 一些制造商正在提高机器人精度并增强其在增材制造方面的性能。
思考一下：
贵公司可以从增材制造和协作机器人中获得哪些收益？
