無(wú)支承結(jié)構(gòu)的 3D 金屬打印

HS Automation 與 KUKA 合作開(kāi)發(fā)出一款用于金屬增材制造的激光工作單元。采用 KR IONTEC 的激光焊接工藝可使復(fù)雜的金屬工件生產(chǎn)不僅經(jīng)濟(jì)高效，而且節(jié)約材料。

KUKA 機(jī)器人為復(fù)雜結(jié)構(gòu)的金屬增材制造帶來(lái)革命性的創(chuàng)新技術(shù)

金屬工業(yè)面臨的挑戰(zhàn)日益嚴(yán)峻：借助模塊化自動(dòng)化單元中的新型 3D 金屬打印，HS Automation 與 KUKA 樹(shù)立了新標(biāo)桿。3D 金屬打印激光工作單元將 KR IONTEC 系列的機(jī)器人與翻轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)合在一起，該翻轉(zhuǎn)臺(tái)根據(jù)工件規(guī)格與機(jī)器人小臂同步移動(dòng)。Meltio 打印頭末端的六個(gè)焊接激光器將送入的焊絲精確地熔化到基材或產(chǎn)生的工件上。成品工件不需要任何或僅需要極少的修整。通過(guò)共同努力，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了更少的廢料和更低的制造成本。該技術(shù)可生產(chǎn)不銹鋼、鈦、鉻鎳鐵合金和結(jié)構(gòu)鋼等材料的工具、工件和自由形狀。據(jù)專(zhuān)家稱(chēng)，銅金屬的 3D 打印也同樣指日可待。

這也使得仿生結(jié)構(gòu)和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的 3D 打印（如在輕型結(jié)構(gòu)和原型結(jié)構(gòu)中使用的結(jié)構(gòu)）成為可能。中小企業(yè)可從快速的備件生產(chǎn)以及節(jié)能節(jié)材中獲益。創(chuàng)新型軟件解決方案的使用（例如 KUKA.CNC）使該技術(shù)對(duì)中小企業(yè)更具吸引力。由于采用 KUKA.CNC，可以直接運(yùn)行之前通過(guò) CAD 軟件或 CAM 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)程序，而無(wú)需將 CAD 文件轉(zhuǎn)換為 KUKA Robot Language (KRL)（KUKA 機(jī)器人編程語(yǔ)言）。

自動(dòng)化服務(wù)提供商 HS Automation 公司總部位于德國(guó)巴登-符騰堡州弗林根 (Vöhringen)，自 2017 年以來(lái)一直與 KUKA 合作。

3D 金屬打印技術(shù)如何與 KUKA 機(jī)器人配合使用？

在金屬增材制造領(lǐng)域中，創(chuàng)新每時(shí)每刻都在涌現(xiàn)。目標(biāo)是從批量 1 開(kāi)始經(jīng)濟(jì)高效地生產(chǎn)，以減少物料消耗，同時(shí)縮短修整時(shí)間。自動(dòng)化專(zhuān)家 HS Automation 通過(guò) 3D 激光焊接單元滿足金屬工業(yè)現(xiàn)代制造的這些要求。3D 打印機(jī)將材料一層一層地焊接到工件架上。

增材制造工藝得益于機(jī)器人和翻轉(zhuǎn)臺(tái)的空間移動(dòng)性。

與激光燒結(jié)技術(shù)不同，工件架不會(huì)下降，而是機(jī)器人小臂與其上面安裝工件架的翻轉(zhuǎn)臺(tái)同步移動(dòng)激光器。同樣由 KUKA 開(kāi)發(fā)的 DKP-400 V2 可對(duì)工件進(jìn)行定位，以便打印頭能夠在正確的位置處焊接新材料。預(yù)先設(shè)計(jì)的 3D 對(duì)象一層一層地增長(zhǎng)。傳統(tǒng) 3D 金屬打印中常見(jiàn)的支承結(jié)構(gòu)已經(jīng)淘汰，其他 3D 激光打印機(jī)或激光熔覆所需的粉末管理也是如此。另一個(gè)區(qū)別是所生產(chǎn)工件的尺寸：傳統(tǒng)應(yīng)用的尺寸有限，約為 50 x 50 cm。HS Automation 的工藝還可以承擔(dān)大型工件的制造。

3D 金屬打印的機(jī)遇和可能性

“借助機(jī)器人解決方案，我們極大地拓展了制造的可能性。”HS Automation 總經(jīng)理兼商務(wù)經(jīng)理 Rolf Steidinger 在談到 3D 金屬打印機(jī)的潛力時(shí)說(shuō)道。這一工藝方法解決了備件等問(wèn)題，因?yàn)椴辉俟?yīng)的工件可以由客戶自己生產(chǎn)。

當(dāng)一個(gè)零件不能用傳統(tǒng)方法制造時(shí)，這種設(shè)備就變得必不可少。

Rolf Steidinger，HS Automation 總經(jīng)理

對(duì)于可以通過(guò)傳統(tǒng)方式生產(chǎn)的工件，這種工藝因其成本降低和生產(chǎn)率提高四倍而脫穎而出。相比從整塊金屬進(jìn)行的修磨或車(chē)削，激光金屬熔覆焊減少了物料消耗量和修整時(shí)間。物料的節(jié)約潛力高達(dá) 98%。這些優(yōu)勢(shì)尤其在工具制造、特種設(shè)備制造或原型機(jī)制造上得到了充分證明。流體優(yōu)化工件（例如風(fēng)力發(fā)電設(shè)備）的制造、測(cè)試和優(yōu)化速度大大加快。

總經(jīng)理兼商務(wù)經(jīng)理 Rolf Steidinger 看到了 3D 金屬打印技術(shù)所蘊(yùn)含的巨大潛力。

金屬增材制造的優(yōu)勢(shì)

機(jī)器人、翻轉(zhuǎn)臺(tái)和激光打印頭的創(chuàng)新組合為 3D 金屬打印樹(shù)立了新標(biāo)準(zhǔn)。

很大的設(shè)計(jì)自由度

增材金屬制造尤其適合需要復(fù)雜結(jié)構(gòu)或雙壁對(duì)象的地方。
優(yōu)異的微觀結(jié)構(gòu)

3D 金屬打印機(jī)可打印壁厚為 2 mm 的對(duì)象。該設(shè)備還生產(chǎn)金屬或合金制成的實(shí)心材料工件。
經(jīng)濟(jì)高效且可持續(xù)性

與傳統(tǒng)制造相比，該工藝方法的生產(chǎn)率提高了四倍，成本節(jié)省了 90%，令人印象深刻。
高效使用物料

與銑削相比，金屬?gòu)U料大大減少。3D 打印無(wú)需支承結(jié)構(gòu)或金屬粉末即可工作。

用于 3D 金屬打印的機(jī)器人在尺寸為 5 x 4 x 4 米的激光工作單元中工作。

面向未來(lái)行業(yè)的 3D 金屬打印技術(shù)：電動(dòng)汽車(chē)和醫(yī)療技術(shù)

機(jī)器人引導(dǎo)的激光3D 金屬打印技術(shù)將眾所周知的金屬打印應(yīng)用推向更高水平。例如，機(jī)器人系統(tǒng)能夠生產(chǎn)出雙壁對(duì)象，如帶有內(nèi)部冷卻通道的工件。打印頭配備了六個(gè) 200 瓦激光器，不僅可以處理單一物料打印，還可以在一個(gè)打印工件上處理兩種不同的金屬材料。

“幾乎任何材料都可以加工：不銹鋼、鈦、工具鋼、鎳合金。我們的激光器合作伙伴 Meltio 目前正在致力于打印銅金屬。這意味著它在電動(dòng)汽車(chē)項(xiàng)目中的應(yīng)用現(xiàn)已觸手可及。”Marc Steidinger 預(yù)測(cè)道。

總經(jīng)理 Marc Steidinger（左）與員工 Lukas Nill 一起檢查 3D 金屬打印的質(zhì)量。

負(fù)責(zé)該項(xiàng)目技術(shù)管理的 HS Automation 總經(jīng)理認(rèn)為該項(xiàng)目的應(yīng)用領(lǐng)域主要是備件生產(chǎn)、系列開(kāi)發(fā)和醫(yī)療技術(shù)。在原型結(jié)構(gòu)中，打印參數(shù)可靈活地進(jìn)行調(diào)整，因此用戶可從中受益。未來(lái)，由于采用 3D 金屬打印，由鈦和其他醫(yī)療植入物制成的人工膝關(guān)節(jié)將根據(jù)患者的情況進(jìn)行個(gè)性化調(diào)整。

利用協(xié)同效應(yīng)：自 2017 年以來(lái)，HS Automation 一直是 KUKA 系統(tǒng)合作伙伴

HS Automation 擁有大約 20 名員工，其目標(biāo)是讓自動(dòng)化技術(shù)能夠?yàn)槠渌?a href="http://m.msexcel.com.cn/de-de/future-production/industrielle-automatisierung-der-produktion/automatisierung-in-kmu">中小企業(yè) (SME) 在生產(chǎn)中所用。Rolf Steidinger 將該公司視為一家更高效、更可持續(xù)的德國(guó)中小企業(yè)的合作伙伴：“24 年來(lái)，我們一直在為一些客戶提供自動(dòng)化生產(chǎn)支持。我們共同不斷開(kāi)發(fā)面向未來(lái)的解決方案，引領(lǐng)技術(shù)前沿。”

作為自 2017 年以來(lái)業(yè)已存在的 KUKA 系統(tǒng)合作伙伴關(guān)系的一部分，兩家公司以面向解決方案和盈利的方式利用彼此的優(yōu)勢(shì)：直接應(yīng)對(duì)實(shí)際挑戰(zhàn)、特定行業(yè)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)、KUKA Robotic Republic 的工具和高水平的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。HS Automation 的專(zhuān)家設(shè)計(jì)和建造整套生產(chǎn)線，從機(jī)床上料、尺寸和坯料輸送到自動(dòng)鋸切，再到旋緊或釘釘。但您也可以實(shí)施單個(gè)項(xiàng)目，例如點(diǎn)焊單元。在投入運(yùn)行之前，HS Automation 還使用 KUKA.Sim 等 KUKA 產(chǎn)品，以確保項(xiàng)目成功。專(zhuān)家們利用它提前規(guī)劃空間尺寸、運(yùn)動(dòng)半徑和系統(tǒng)的安全區(qū)域。