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　　3D打印與機器人結(jié)合 推動全球新一輪產(chǎn)業(yè)革命

　　國際金屬加工網(wǎng)

　　先進(jìn)制造 ◇ 系列技術(shù)講座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中國機器人行業(yè)典型研討會

　　【編者按】目前，國內(nèi)很多科研院校已邁出了實質(zhì)性的步伐，部分企業(yè)也在3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域有所斬獲，3D打印技術(shù)正被社會大眾所接受，并被廣泛地運用到航空航天、汽車零部件、重大裝備、文化創(chuàng)意、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

3D打印是增材制造的俗稱，其核心是數(shù)字化、智能化制造與材料科學(xué)的結(jié)合，是一種嶄新的市場從萌芽期進(jìn)入成長期的轉(zhuǎn)折點。激光快速成型在航空航天、汽車、船舶制造領(lǐng)域的優(yōu)勢巨大和在其他領(lǐng)域的擴展，以及該技術(shù)帶來的新市場，激光快速成型技術(shù)的空間巨大，具有廣泛的應(yīng)用前景。加快3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推動我國由“工業(yè)大國”向“工業(yè)強國”的轉(zhuǎn)變，發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)，可以在提升我國工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)水平的的同時有助于功克技術(shù)難關(guān)，并且易形成新的經(jīng)濟增長點。

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目前，國內(nèi)很多科研院校已邁出了實質(zhì)性的步伐，部分企業(yè)也在3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域有所斬獲，3D打印技術(shù)正被社會大眾所接受，并被廣泛地運用到航空航天、汽車零部件、重大裝備、文化創(chuàng)意、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

　　中央政府對3D打印技術(shù)等新興產(chǎn)業(yè)高度重視，去年工信部就曾表示將加大對3D打印產(chǎn)業(yè)支持力度，不過目前仍處于摸底階段，并無具體的扶持政策出臺。但是，一些地方政府已經(jīng)先試先行，江蘇省等就已經(jīng)出臺了相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的配套政策。

　　3D打印技術(shù)與機器人結(jié)合，被認(rèn)為是推動全球新一輪產(chǎn)業(yè)革命的重要推動力。無疑，3D打印技術(shù)與機器人都代表了未來全球制造業(yè)發(fā)展的方向，也是我們之所以相繼成立中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和中國機器人產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟的主要原因，希望充分整合這兩個行業(yè)的資源，能夠盡快形成合力，集中攻克技術(shù)難關(guān)，推動資源共享，在我國產(chǎn)業(yè)升級和結(jié)構(gòu)調(diào)整中發(fā)揮引領(lǐng)作用。

用機器人去實現(xiàn)全自動化3D打印

　　智能家電供貨商iRobot認(rèn)為，上述問題可能會成為未來3D打印機與個人自動化生產(chǎn)活動的阻礙，因此提出了一個全自動化機器人3D打印機(fullyautomatedrobotic3Dprinter)專利申請，這類系統(tǒng)可在不需人工介入的情況下完成所有零件的印制，也可以搭載品質(zhì)控管功能，以降低使用印制組合零件可能導(dǎo)致的成品故障風(fēng)險。

　　機器自動化3D打印

iRobot的3D打印機不僅可以打印物體，還可以組裝它們。制造Roomba的iRobot公司已經(jīng)申請了一項3D打印機專利。這種打印機可以自動制造出最終產(chǎn)品，不需要你再手工裝配。因此，它可以進(jìn)一步簡化3D打印所需的人工活動，并生產(chǎn)出更完整的產(chǎn)品，避免裝配中的人為錯誤。

　　舉例來說，3D打印機通常可以打印一輛玩具車的車輪、車身和車軸，然后你再把它們組裝成一個成品。但是使用iRobot公司的專利，打印機可以利用接頭、接縫、緊固件把部件組合在一起——據(jù)說在產(chǎn)品制造過程中，這正是“經(jīng)常出問題”的一個環(huán)節(jié)。

　　根據(jù)iRobot的專利申請書，該種3D打印機有兩個六軸機械手臂(主與副)負(fù)責(zé)在生產(chǎn)過程執(zhí)行特定任務(wù)。其中主機械手臂的主要目的是支撐那些正在經(jīng)由FDM制程或擠壓機印制的零件，然后讓它們在不同的工具頭(負(fù)責(zé)打磨、鉆孔等工序)之間移動；副機械手臂可協(xié)助撿拾與布置那些零件、壓力測試硬件、外加線路，并與主手臂協(xié)同合作調(diào)整那些零件擺放的方向。

iRobot的專利申請書也指出，使用者能采用陶瓷、ABS、硅膠、橡膠、塑料以及各種化合物材料來制作物品，亦可采用低熔點的導(dǎo)電金屬取代纜線。為了提升印制零件的品質(zhì)，該公司還提議為打印機配備掃描儀或是攝影機，用以檢查零件缺陷；兩個機械手臂能協(xié)助移動成品通過雷射掃描儀或攝影機，以比對物體形狀尺寸是否與計算機繪圖樣本相符，并產(chǎn)出分析報告以在未來提升制作精密度。

由于iRobot專利申請書中描述的3D打印機具備全自動化功能，可望提升這種設(shè)備在商業(yè)與工業(yè)化領(lǐng)域的接受度，也會是一些創(chuàng)業(yè)者的理想選擇。據(jù)了解，軍事領(lǐng)域也對這樣的設(shè)備有興趣──事實上，iRobot就是與美國國防部契約合作商Raytheon一起合作開發(fā)該打印機。目前并未有官方消息指出這種3D打印機何時問世，但專利申請書顯示目前已有原型產(chǎn)品。

　　機械自動化

　　在目前的工廠自動化制造過程中，大多數(shù)機器人的裝配功能都很有限。iRobot打印機的優(yōu)勢則在于可以保持裝配的靈活性，只要有指令就可以自動完成工作。當(dāng)然，這種打印機不會很快進(jìn)入家庭，但它可能會給需要靈活裝配產(chǎn)品的工廠帶來重大影響。

　　用3D打印機去制造機器人

　　在機器人學(xué)領(lǐng)域有一種新的進(jìn)步正在成型。這種新興科學(xué)——軟機器人學(xué)，旨在消除仍然存在于人離開和機器人之間的物理差異。

　　直到目前，機器人仍然外觀堅硬，材質(zhì)比人體軟組織強硬無數(shù)倍。因而機器人在通常的形態(tài)上與人類沒有絲毫相似之處。

使用3D打印和生物金屬取得了進(jìn)展，可能距離使用多材料3D打印創(chuàng)造出真實的工作智能機器人將不再遙遠(yuǎn)。使用這樣的系統(tǒng)可以使設(shè)計師將剛性3D打印骨骼和關(guān)節(jié)無縫連接到靈活的3D打印制成的軟組織上-通過生物金屬伸進(jìn)和肌腱提供動力，精確地嵌在復(fù)雜分支旁道內(nèi)部。

　　3D打印機器人

　　日前法國一位名叫蓋爾·朗葛文的雕塑家僅花了800美元（約合人民幣4975元）就自創(chuàng)了一臺真人大小的機器人，所需材料僅包括一臺3D打印機、一些電機以及電路板等。

　　朗葛文是2012年開始利用業(yè)余時間制造這臺機器人的，并給它取名為InMoov。目前InMoov已經(jīng)有了頭部和手臂，其身體軀干部分也即將完成，這些身體組成部分可以使機器人移動。

朗葛文承認(rèn)自己在制造機器人方面還是一個新人，為了讓機器人的手臂可以移動，在制造過程中朗葛文還自學(xué)微控制器的使用方法。盡管朗葛文的發(fā)明看起來有些像科幻小說里的機器人，不過他對InMoov的看法卻是相當(dāng)?shù)赜腥ぁ?/p>

　　3D打印和機器人都是現(xiàn)代熱門的技術(shù)，并受到制造業(yè)的大力追捧。3D打印有著無所不能的制造力和無限的創(chuàng)作空間，而機器人是未來智能制造的代名詞，兩項行技術(shù)都被視為每三次工業(yè)革命的主要內(nèi)容，相信其發(fā)展前景將是十分可觀。3D打印技術(shù)能幫助制造不同類型的機器人，機器人技術(shù)又能用于3D自動化制造，兩者互相結(jié)合，其巨大的制造力和廣泛有應(yīng)用將為未來制造業(yè)帶來一個全新的格局。

任何一個人拿到由消費級 3D 打印機生產(chǎn)的粗糙產(chǎn)品或是觀看新一代機器人拆包裹，都會覺得小題大做了。消費級 3D 打印機的成品看上去太業(yè)余了(外表太粗糙了，組裝之后可能更慘)，新一代機器人的工作效率看起來更是慢得不行，笨手笨腳。

　　但是如果認(rèn)為這些技術(shù)沒什么前途，那么就重復(fù)了所有技術(shù)革命之前都會出現(xiàn)的一個模式：在等待完美方案時錯過了“只是夠好”的技術(shù)。供應(yīng)鏈行業(yè)的期望仍舊局限在現(xiàn)有的產(chǎn)品當(dāng)中，就像信息技術(shù)和通訊專家的思維仍舊捆綁在主干網(wǎng)和電話線的時代一樣。而實際上，個人電腦和移動電話這些看上去低端、不可靠的玩具已經(jīng)崛起，直到它們完全統(tǒng)治了計算和通訊市場。

3D 打印塑料可能看起來不那么漂亮，但是對于上百萬種工業(yè)產(chǎn)品來說已經(jīng)足夠了，甚至對于一些消費類產(chǎn)品的隱含部件來說也已經(jīng)夠好了。同樣道理，新一代組裝機器人可能是有點慢，但是批評者們忘了，它們可以連續(xù)不間斷工作，不需要人的監(jiān)控，而且沒有額外增加的成本。

　　正像電腦和移動革命一樣，軟件定義的供應(yīng)鏈也有自己的“殺手級應(yīng)用”，只是還沒有完全發(fā)揮威力：那就是速度、規(guī)模和定制化。制造一款獨特的產(chǎn)品，而不需要擔(dān)心零部件的存儲或是開發(fā)周期，這場革命剛剛開始。

3D打印是增材制造的俗稱，其核心是數(shù)字化、智能化制造與材料科學(xué)的結(jié)合，是一種嶄新的市場從萌芽期進(jìn)入成長期的轉(zhuǎn)折點。激光快速成型在航空航天、汽車、船舶制造領(lǐng)域的優(yōu)勢巨大和在其他領(lǐng)域的擴展，以及該技術(shù)帶來的新市場，激光快速成型技術(shù)的空間巨大，具有廣泛的應(yīng)用前景。加快3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展，推動我國由“工業(yè)大國”向“工業(yè)強國”的轉(zhuǎn)變，發(fā)展3D打印產(chǎn)業(yè)，可以在提升我國工業(yè)領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)水平的的同時有助于功克技術(shù)難關(guān)，并且易形成新的經(jīng)濟增長點。

　　目前，國內(nèi)很多科研院校已邁出了實質(zhì)性的步伐，部分企業(yè)也在3D打印技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域有所斬獲，3D打印技術(shù)正被社會大眾所接受，并被廣泛地運用到航空航天、汽車零部件、重大裝備、文化創(chuàng)意、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

　　中央政府對3D打印技術(shù)等新興產(chǎn)業(yè)高度重視，去年工信部就曾表示將加大對3D打印產(chǎn)業(yè)支持力度，不過目前仍處于摸底階段，并無具體的扶持政策出臺。但是，一些地方政府已經(jīng)先試先行，江蘇省等就已經(jīng)出臺了相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的配套政策。

3D打印技術(shù)與機器人結(jié)合，被認(rèn)為是推動全球新一輪產(chǎn)業(yè)革命的重要推動力。無疑，3D打印技術(shù)與機器人都代表了未來全球制造業(yè)發(fā)展的方向，也是我們之所以相繼成立中國3D打印技術(shù)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和中國機器人產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟的主要原因，希望充分整合這兩個行業(yè)的資源，能夠盡快形成合力，集中攻克技術(shù)難關(guān)，推動資源共享，在我國產(chǎn)業(yè)升級和結(jié)構(gòu)調(diào)整中發(fā)揮引領(lǐng)作用。

　　用機器人去實現(xiàn)全自動化3D打印

智能家電供貨商iRobot認(rèn)為，上述問題可能會成為未來3D打印機與個人自動化生產(chǎn)活動的阻礙，因此提出了一個全自動化機器人3D打印機(fullyautomatedrobotic3Dprinter)專利申請，這類系統(tǒng)可在不需人工介入的情況下完成所有零件的印制，也可以搭載品質(zhì)控管功能，以降低使用印制組合零件可能導(dǎo)致的成品故障風(fēng)險。

　　機器自動化3D打印

　　iRobot的3D打印機不僅可以打印物體，還可以組裝它們。制造Roomba的iRobot公司已經(jīng)申請了一項3D打印機專利。這種打印機可以自動制造出最終產(chǎn)品，不需要你再手工裝配。因此，它可以進(jìn)一步簡化3D打印所需的人工活動，并生產(chǎn)出更完整的產(chǎn)品，避免裝配中的人為錯誤。

　　舉例來說，3D打印機通常可以打印一輛玩具車的車輪、車身和車軸，然后你再把它們組裝成一個成品。但是使用iRobot公司的專利，打印機可以利用接頭、接縫、緊固件把部件組合在一起——據(jù)說在產(chǎn)品制造過程中，這正是“經(jīng)常出問題”的一個環(huán)節(jié)。

根據(jù)iRobot的專利申請書，該種3D打印機有兩個六軸機械手臂(主與副)負(fù)責(zé)在生產(chǎn)過程執(zhí)行特定任務(wù)。其中主機械手臂的主要目的是支撐那些正在經(jīng)由FDM制程或擠壓機印制的零件，然后讓它們在不同的工具頭(負(fù)責(zé)打磨、鉆孔等工序)之間移動；副機械手臂可協(xié)助撿拾與布置那些零件、壓力測試硬件、外加線路，并與主手臂協(xié)同合作調(diào)整那些零件擺放的方向。

iRobot的專利申請書也指出，使用者能采用陶瓷、ABS、硅膠、橡膠、塑料以及各種化合物材料來制作物品，亦可采用低熔點的導(dǎo)電金屬取代纜線。為了提升印制零件的品質(zhì)，該公司還提議為打印機配備掃描儀或是攝影機，用以檢查零件缺陷；兩個機械手臂能協(xié)助移動成品通過雷射掃描儀或攝影機，以比對物體形狀尺寸是否與計算機繪圖樣本相符，并產(chǎn)出分析報告以在未來提升制作精密度。

　　由于iRobot專利申請書中描述的3D打印機具備全自動化功能，可望提升這種設(shè)備在商業(yè)與工業(yè)化領(lǐng)域的接受度，也會是一些創(chuàng)業(yè)者的理想選擇。據(jù)了解，軍事領(lǐng)域也對這樣的設(shè)備有興趣──事實上，iRobot就是與美國國防部契約合作商Raytheon一起合作開發(fā)該打印機。目前并未有官方消息指出這種3D打印機何時問世，但專利申請書顯示目前已有原型產(chǎn)品。

　　機械自動化

在目前的工廠自動化制造過程中，大多數(shù)機器人的裝配功能都很有限。iRobot打印機的優(yōu)勢則在于可以保持裝配的靈活性，只要有指令就可以自動完成工作。當(dāng)然，這種打印機不會很快進(jìn)入家庭，但它可能會給需要靈活裝配產(chǎn)品的工廠帶來重大影響。

　　用3D打印機去制造機器人

　　在機器人學(xué)領(lǐng)域有一種新的進(jìn)步正在成型。這種新興科學(xué)——軟機器人學(xué)，旨在消除仍然存在于人離開和機器人之間的物理差異。

　　直到目前，機器人仍然外觀堅硬，材質(zhì)比人體軟組織強硬無數(shù)倍。因而機器人在通常的形態(tài)上與人類沒有絲毫相似之處。

　　使用3D打印和生物金屬取得了進(jìn)展，可能距離使用多材料3D打印創(chuàng)造出真實的工作智能機器人將不再遙遠(yuǎn)。使用這樣的系統(tǒng)可以使設(shè)計師將剛性3D打印骨骼和關(guān)節(jié)無縫連接到靈活的3D打印制成的軟組織上-通過生物金屬伸進(jìn)和肌腱提供動力，精確地嵌在復(fù)雜分支旁道內(nèi)部。

　　3D打印機器人

日前法國一位名叫蓋爾·朗葛文的雕塑家僅花了800美元（約合人民幣4975元）就自創(chuàng)了一臺真人大小的機器人，所需材料僅包括一臺3D打印機、一些電機以及電路板等。

　　朗葛文是2012年開始利用業(yè)余時間制造這臺機器人的，并給它取名為InMoov。目前InMoov已經(jīng)有了頭部和手臂，其身體軀干部分也即將完成，這些身體組成部分可以使機器人移動。

　　朗葛文承認(rèn)自己在制造機器人方面還是一個新人，為了讓機器人的手臂可以移動，在制造過程中朗葛文還自學(xué)微控制器的使用方法。盡管朗葛文的發(fā)明看起來有些像科幻小說里的機器人，不過他對InMoov的看法卻是相當(dāng)?shù)赜腥ぁ?/p>

3D打印和機器人都是現(xiàn)代熱門的技術(shù)，并受到制造業(yè)的大力追捧。3D打印有著無所不能的制造力和無限的創(chuàng)作空間，而機器人是未來智能制造的代名詞，兩項行技術(shù)都被視為每三次工業(yè)革命的主要內(nèi)容，相信其發(fā)展前景將是十分可觀。3D打印技術(shù)能幫助制造不同類型的機器人，機器人技術(shù)又能用于3D自動化制造，兩者互相結(jié)合，其巨大的制造力和廣泛有應(yīng)用將為未來制造業(yè)帶來一個全新的格局。

　　任何一個人拿到由消費級 3D 打印機生產(chǎn)的粗糙產(chǎn)品或是觀看新一代機器人拆包裹，都會覺得小題大做了。消費級 3D 打印機的成品看上去太業(yè)余了(外表太粗糙了，組裝之后可能更慘)，新一代機器人的工作效率看起來更是慢得不行，笨手笨腳。

但是如果認(rèn)為這些技術(shù)沒什么前途，那么就重復(fù)了所有技術(shù)革命之前都會出現(xiàn)的一個模式：在等待完美方案時錯過了“只是夠好”的技術(shù)。供應(yīng)鏈行業(yè)的期望仍舊局限在現(xiàn)有的產(chǎn)品當(dāng)中，就像信息技術(shù)和通訊專家的思維仍舊捆綁在主干網(wǎng)和電話線的時代一樣。而實際上，個人電腦和移動電話這些看上去低端、不可靠的玩具已經(jīng)崛起，直到它們完全統(tǒng)治了計算和通訊市場。

　　3D 打印塑料可能看起來不那么漂亮，但是對于上百萬種工業(yè)產(chǎn)品來說已經(jīng)足夠了，甚至對于一些消費類產(chǎn)品的隱含部件來說也已經(jīng)夠好了。同樣道理，新一代組裝機器人可能是有點慢，但是批評者們忘了，它們可以連續(xù)不間斷工作，不需要人的監(jiān)控，而且沒有額外增加的成本。

正像電腦和移動革命一樣，軟件定義的供應(yīng)鏈也有自己的“殺手級應(yīng)用”，只是還沒有完全發(fā)揮威力：那就是速度、規(guī)模和定制化。制造一款獨特的產(chǎn)品，而不需要擔(dān)心零部件的存儲或是開發(fā)周期，這場革命剛剛開始。

　　( 文章來源：互聯(lián)網(wǎng) )

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