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從房屋到火箭：為什么機(jī)械臂3D打印如今幾乎無處不在

魔猴君科技前沿 3小時(shí)前

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從多層住宅和全尺寸船體到火箭部件和船用螺旋槳，機(jī)器人3D打印（也稱為機(jī)械臂3D打印或機(jī)器人增材制造）正在蓬勃發(fā)展。它在材料選擇方面幾乎不受限制（聚合物、金屬、混凝土等），并且可以制造傳統(tǒng)3D打印機(jī)無法制造的大型復(fù)雜零件。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的碩士研究生們使用ABB機(jī)械臂上的CEAD E40擠出機(jī)，制作了一個(gè)色彩繽紛的聚合物懸掛式藝術(shù)裝置（照片：Lais Hotz）。

機(jī)器人手臂3D打印技術(shù)因其技術(shù)成熟度和工業(yè)應(yīng)用前景而備受關(guān)注。在追蹤和分析增材制造行業(yè)現(xiàn)狀的《沃勒斯2025年報(bào)告》中，“移動(dòng)式增材制造機(jī)器人的部署正在改變生產(chǎn)格局，與工業(yè)4.0智能工廠的目標(biāo)相契合。未來五年，增材制造行業(yè)將在多種機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)顯著增長(zhǎng)?！?/span>

憑借其極高的運(yùn)動(dòng)范圍，機(jī)械臂越來越多地應(yīng)用于大型項(xiàng)目，例如模具制造、大型原型制作、藝術(shù)雕塑、建筑構(gòu)件、家具，甚至火箭。它為3D打印開辟了全新的設(shè)計(jì)自由度。機(jī)械臂幾乎可以從任何角度進(jìn)行打印，從而實(shí)現(xiàn)極其復(fù)雜的曲面幾何形狀。此外，它的打印尺寸也遠(yuǎn)超普通打印機(jī)——可達(dá)30米甚至更大！

機(jī)械臂比龍門架有優(yōu)勢(shì)

Branch Technology與Techmer PM合作，利用KUKA機(jī)器人手臂增材制造設(shè)備打造大型結(jié)構(gòu)（來源：Branch Technology）

機(jī)械臂3D打印機(jī)打印的零件通常不需要支撐結(jié)構(gòu)，這進(jìn)一步提高了設(shè)計(jì)自由度并節(jié)省了材料成本。但這要求結(jié)構(gòu)本身具有支撐能力，這通常會(huì)排除懸垂式設(shè)計(jì)。然而，許多制造商通過允許重新調(diào)整打印平臺(tái)的方向解決了這個(gè)問題，從而可以通過將擠出層與底層幾何體對(duì)齊并利用其作為支撐來創(chuàng)建懸垂結(jié)構(gòu)。

機(jī)械臂打印機(jī)的另一個(gè)獨(dú)特之處在于，它無需像固定軸打印機(jī)那樣使用切片軟件來創(chuàng)建所需的圖層。得益于多軸刀具路徑，這些機(jī)器使用專門的3D打印軟件（見下文）進(jìn)行編程，該軟件類似于傳統(tǒng)的機(jī)械臂編程軟件，但在此基礎(chǔ)上增加了一層增材制造特有的邏輯。

總部位于荷蘭的Royal3D公司使用CEAD公司的機(jī)械臂3D打印系統(tǒng)來制造全尺寸船只以及其他項(xiàng)目（來源：Royal3D）。

機(jī)械臂3D打印機(jī)的另一個(gè)顯著特點(diǎn)是它們主要以“自行組裝”為主，盡管現(xiàn)成的全套解決方案平臺(tái)數(shù)量也在不斷增長(zhǎng)。企業(yè)通常會(huì)單獨(dú)購(gòu)買機(jī)械臂、擠出單元、軟件和其他部件。雖然這可能是一個(gè)缺點(diǎn)，但對(duì)于許多已經(jīng)擁有機(jī)械臂的工業(yè)制造企業(yè)而言，能夠根據(jù)新的用途為其配備新設(shè)備，使得這項(xiàng)技術(shù)更容易被接受和使用。

The New Raw是一家位于鹿特丹的研究和設(shè)計(jì)工作室，由建筑師Panos Sakkas和Foteini Setaki于2015年創(chuàng)立，旨在通過設(shè)計(jì)、機(jī)器人和工藝賦予廢棄材料新的生命。（來源：The New Raw）

更便宜、更可持續(xù)的材料

機(jī)械臂3D打印機(jī)不使用巨型卷材。相反，它們通常使用顆?；蛐酒瑺畹木酆衔锊牧希唤饘俳z或粉末狀的金屬；以及來自特殊容器的粘土或混凝土類材料。

機(jī)械臂如何變身3D打印機(jī)

Vertico提供這款帶有擠出頭的混凝土機(jī)器人，適用于工業(yè)用途、學(xué)術(shù)研究和3D打印，并采用軌道式運(yùn)動(dòng)（來源：Vertico）。

用于聚合物的機(jī)械臂

擠出機(jī)機(jī)構(gòu)從中央料斗中吸取塑料顆粒，并根據(jù)塑料類型加熱，使其達(dá)到擠出所需的精確粘度。塑料顆粒廣泛應(yīng)用于注塑成型等各個(gè)行業(yè)，因此通常比傳統(tǒng)擠出式3D打印機(jī)中使用的塑料絲材便宜得多。顆粒形式也為混合材料、創(chuàng)建定制配方以及使用回收的碎塑料提供了更多可能性。此外，由于顆粒和碎料通常用于具有更長(zhǎng)加熱區(qū)的大型機(jī)器，從而實(shí)現(xiàn)更高的材料吞吐量，因此使用顆粒和碎料進(jìn)行打印的速度也比使用絲材更快。

金屬機(jī)械臂