關(guān)于“送粉”和“送絲”的增材制造工藝，我們通常的印象是大型的工業(yè)級制造設(shè)備，而且這些設(shè)備通常非常昂貴，其加工尺寸受到設(shè)備本身的限制。那么有沒有一種新的途徑，可以讓加工尺寸本身突破限制，但又可以一定程度上保證加工精度與質(zhì)量？
根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察，機(jī)械臂與定向能量沉積增材制造工藝的集成，是突破加工尺寸限制，制造復(fù)雜金屬零部件的新途徑之一。日前，Meltio公司揭示了一種通過這一途徑來實(shí)現(xiàn)金屬增材制造的技術(shù)，并透露了其對于中國市場的計(jì)劃。
MELTIO
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無固有尺寸限制
Meltio向市場上提供三種形式的激光沉積增材制造技術(shù)。一種是基于該技術(shù)的小型工業(yè)金屬3D打印設(shè)備，另外兩種分別是可集成到CNC 機(jī)床與可集成到機(jī)械臂中的“Meltio引擎”激光沉積增材制造模塊。
Meltio采用的定向能量沉積工藝主要是金屬線材激光金屬沉積技術(shù)（LMD），也可以實(shí)現(xiàn)金屬粉末的沉積。模塊化的增材制造系統(tǒng)利用多個(gè)高功率激光器將金屬線材直接熔化到下方的基材上，從而形成完全致密的金屬零件。多個(gè)激光器的優(yōu)勢是使得系統(tǒng)擁有可擴(kuò)展的激光功率。
/靈活的尺寸與材料沉積方向
“Meltio引擎”增材制造系統(tǒng)非常緊湊，可以與機(jī)械臂集成在一起，如果配置上額外的軸定位器，將能夠進(jìn)行多軸聯(lián)動(dòng)，使得零件的多個(gè)方向都可以實(shí)現(xiàn)垂直的材料沉積，從而為零件提供更好的表面質(zhì)量，并為同一零件提供多種解決方案。
集成到機(jī)械臂的“Meltio引擎”增材制造模塊在進(jìn)行金屬零件增材制造時(shí)，并沒有固有的尺寸限制，其工作范圍僅受到機(jī)械臂動(dòng)系統(tǒng)的限制，并且能夠與市場上的任何機(jī)械臂制造商和接口集成，尤其適合制造大型、復(fù)雜的3D打印金屬零件，或者進(jìn)行零件修復(fù)、涂層。
/靈活的雙材料組合
在材料方面，Meltio 引擎增材制造系統(tǒng)有兩個(gè)特點(diǎn)。一是可以同時(shí)使用金屬絲和粉末進(jìn)行打印，Meltio 公司從事材料研究的大學(xué)用戶，對這一功能進(jìn)行了探索。第二個(gè)特點(diǎn)，在升級的配置中，一個(gè)Meltio 引擎可配置雙線材選項(xiàng)，通過快速線切換同時(shí) 3D 打印兩種線材。
▲用于覆硬層或耐腐蝕層的雙金屬線材3D打印；或打印金屬線材與粉末，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)創(chuàng)建新合金。
MELTIO
Meltio 引擎增材制造模塊采用開放材料系統(tǒng)，可用材料包括不銹鋼、低碳鋼、碳鋼、鈦合金和鉻鎳鐵合金，目前銅金屬材料的應(yīng)用正在開發(fā)中。
/應(yīng)用探索
Meltio 公司目前正在大力拓展其Meltio 引擎增材制造模塊的應(yīng)用。3D科學(xué)谷將介紹其中三種316L 不銹鋼材料的應(yīng)用，這些應(yīng)用體現(xiàn)了該技術(shù)的寬工藝窗口。
葉盤
00:00/00:00倍速
葉盤
五葉螺旋槳
增材制造的五葉螺旋槳用于中型船舶。在傳統(tǒng)加工中，零件在鑄造后會(huì)進(jìn)行機(jī)加工和拋光步驟，以滿足船舶工業(yè)的要求。Meltio增材制造模塊則是直接進(jìn)行近凈形成型，然后再進(jìn)行拋光后處理，免去了許多反復(fù)的加工流程。
尺寸：600 mm, 250 mm
重量：12.1kg
層厚：0.6-1.2 mm
材料：316L不銹鋼
增材制造技術(shù)：Meltio 機(jī)械臂集成模塊
后處理：拋光
應(yīng)用激光沉積增材制造技術(shù)的驅(qū)動(dòng)因素包括：制造時(shí)間、零件的復(fù)雜度，以及成本。根據(jù)Meltio，該零件3D打印時(shí)間為43小時(shí)40分鐘，打印成本為：189.71歐元（加工中使用了液化氣體）。
螺旋線圈
螺旋線圈3D打印樣件的獨(dú)特之處在于非平面切片，優(yōu)化了單個(gè)層中每個(gè)點(diǎn)的厚度。這種切片方法適用于許多復(fù)雜的幾何圖形。
尺寸: 管道60 mm , 354 x 376 x 525 mm
重量: 3.56 kg
材料：316L不銹鋼
保護(hù)氣體：氬氣
層厚：0.4 - 0.8 mm
增材制造技術(shù)：Meltio 機(jī)械臂集成模塊
后處理：拋光
該零件的增材制造應(yīng)用驅(qū)動(dòng)因素包括：復(fù)雜結(jié)構(gòu)、批量少、難加工。
在市場方面，Meltio 正在探索在航空航天、能源、醫(yī)療、電子、汽車等各領(lǐng)域的可能性。他們計(jì)劃2022年在全球開設(shè)4-5個(gè)展廳，并建立在這些區(qū)域的銷售渠道，其中包括中國市場。
/“擁抱” 金屬增材制造技術(shù)的工業(yè)機(jī)器人企業(yè)
根據(jù)3D科學(xué)谷的市場觀察，著名工業(yè)機(jī)器人制造商庫卡，也在積極的探索機(jī)械臂與定向能量沉積增材制造集成技術(shù)。
庫卡與Fraunhofer ILT弗勞恩霍夫激光研究所有一個(gè)合作項(xiàng)目-ProLMD
，證明了機(jī)器人+粉末材料激光沉積/金屬絲激光沉積的可行性。由Fraunhofer ILT 研究所開發(fā)的增材制造技術(shù)采用模塊化設(shè)計(jì)，可以經(jīng)濟(jì)高效的集成到企業(yè)現(xiàn)有的帶機(jī)械臂的生產(chǎn)線中。
▲帶有LMD處理頭和集成線激光掃描儀的機(jī)器人系統(tǒng)，該機(jī)器人幾乎可以不受任何限制地加工并實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的幾何形狀。
Fraunhofer ILT
在ProLMD項(xiàng)目中，合作方通過Fraunhofer ILT 研究所加深了對粉末材料激光沉積和金屬絲激光沉積工藝的科學(xué)理解，并對熔覆裝置進(jìn)行了必要的改進(jìn)。在工業(yè)制造環(huán)境中，需要在受控氣氛中通過機(jī)器人進(jìn)行熔覆作業(yè)，并通過非接觸式測量技術(shù)以確保質(zhì)量。Fraunhofer ILT在加工工藝和質(zhì)量控制方面具備深厚的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，從而開發(fā)出模塊化解決方案。這是專門針對中型公司而設(shè)計(jì)的，使得增材制造過程的可用性和易于處理方面提升了一大步。
▲Fraunhofer開發(fā)的模塊化激光金屬沉積技術(shù)。
Fraunhofer ILT
庫卡將增材制造視為目標(biāo)市場，正在嘗試為其機(jī)器人技術(shù)樹立新標(biāo)準(zhǔn)。庫卡希望使的整個(gè)增材制造解決方案更便宜，并開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)化的機(jī)器人單元。目前，庫卡打造了完整的基于機(jī)械臂的增材制造系統(tǒng)，庫卡機(jī)器人+激光沉積技術(shù)的解決方案有望成為一種更為經(jīng)濟(jì)的增材制造解決方案。
2020年，全球每萬名制造業(yè)勞動(dòng)人口平均使用126個(gè)機(jī)器人，同比與2015年的數(shù)據(jù)，66個(gè)/每萬人勞動(dòng)人口，提升了兩倍。而中國工業(yè)機(jī)器人密度，從2015年的49臺每萬人，增長至246臺每萬人[1]。在制造業(yè)工業(yè)機(jī)器人蓬勃發(fā)展的趨勢下，將激光沉積模塊與機(jī)械臂相集成的增材制造方式，為增材制造-3D打印技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用帶來廣闊的想象空間。
參考資料：
[1]國際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)（IFR).《世界機(jī)器人2021工業(yè)機(jī)器人》
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