用工业机器人对大型部件实施增材造型

2016-11-290阅读0

  在欧特克(Autodesk)举行的“Autodesk University 2016”(2016年11月15~17日、美国拉斯维加斯)的展示会场上,该公司演示了多项正在开发的3D打印机技术。其中尤其吸引人的是使用6轴工业机器人的树脂及金属增材造型(Additive Manufacturing:AM)。

  欧特克正在加快推广衍生设计功能,该功能在输入设计标准及限制条件后,计算机便可导出遵循这些内容的形状方案,该公司将在基于云端的最新CAD、CAM、CAE工具“Autodesk Fusion 360”中导入该功能。不过,该功能导出的设计方案大多是机械加工、铸造、锻造这些原来的方法无法实现的形状。而该公司之所以致力于AM,正是因为其在大规模定制及衍生设计导出的形状方面是一种有效的制造手段。

  在展示会场上,欧特克使用在机器人的机械臂前端配备吐出熔融树脂的打印头,或者实施金属电弧焊接的焊枪,演示了AM(图1、2)。前者在机器人的机械臂前端安装了熔融沉积(FDM)方式的3D打印头。该装置的最大特点是无需支撑部分即可对大的悬空部分实施造型。普通FDM方式的3D打印机一般用熔融树脂沿垂直方向实施积层造型,不过通过使用工业机器人,便可自由改变积层方向。因此,可造型出FDM方式的3D打印机难以实现的形状,比如90°弯曲的管件以及带有大幅突出部分的模型等等。

  

图1:使用工业机器人的树脂增材造型

  

图2:使用工业机器人的金属增材造型。前端配备电弧焊焊枪和扫描仪。

  

图3:树脂造型样品

  后者的金属积层造型,其特点是在机器人的机械臂前端同时具备MIG焊接焊枪和三维扫描仪。通过每积层一层金属均用扫描仪来检测形状,根据结果修正下一层的造型条件,提高了形状的精度(图4、5)。虽然利用电弧焊堆焊的金属积层造型技术已投入实用,但在形状精度上公认仍存在问题。此次的措施通过反复交替实施造型和扫描,解决了这一问题。

  

图4:造型的情形和扫描结果(照片右上)

  

图5:金属造型样品

  用多打印头造型大型部件

  “Autodesk Netfabb”的最新功能之一是支持多打印头,此次欧特克还展出了相关造型品。支持多打印头的技术是欧特克作为“Project Escher”系统开发的,通过对多个3D打印头实施协调控制来高速造型一个部件。在展位上,该公司展出了使用5个打印头对模仿瑞士ABB公司机械臂的大型部件实施造型的样品(图6)。用1个打印头造型时需要10~12天,而使用5个打印头的装置只需3天多即可完成。“多打印头可实现高效造型,即使是制作大型部件时,也可将3D打印机作为制造装置而不是试制装置来使用”(欧特克解说员)。

  

图6:机械臂的造型样品

  使用5个打印头的3D打印机实施造型

  另外,欧特克还演示了使用两种不同颜色的树脂来造型一个部件的操作。使用对意大利Clevertek公司的双打印头3D打印机“KLONER3D”实施改进后的装置,通过独立控制两个打印头使两种颜色的树脂在固定区域形成一体(图7)。

  

图7:对已有双打印头3D打印机实施改进后的演示

  还展出了惠普新型3D打印机

  此次会场还展出了美国惠普自主开发的3D打印机“HP Jet Fusion 3D 4200 Printer”(图8、9)。该打印机使用惠普喷墨打印技术。具体操作时,首先在造型区域铺上一层粉末树脂,然后向想要固化的区域喷附名为“Fusing Agent”的黑色结合材料,向不想固化的区域喷附名为“Detailing Agent”的材料。其中估计使用了惠普的喷墨打印控制技术。接着用灯加热,就会形成只对实施了Fusing Agent喷雾的区域做选择性固化的一层。而喷附Detailing Agent的区域不导热不固化,因此可获得具有锐利边缘及平滑表面的造型物。

  

图8:美国惠普3D打印机“HP Jet Fusion 3D 4200 Printer”

  

图9:使用HP Jet Fusion 3D 4200 Printer制作的造型样品

  此次展示的HP Jet Fusion 3D 4200 Printer,其最大造型尺寸为406×305×104mm,积层厚度为0.07~0.12mm。最大造型速度为4500cm3/时。预定2016年底在北美开始供货。(记者:吉田 胜)

  (全文完)