有點(diǎn)驚艷！從2020迪拜世博會(huì)的Prusa自動(dòng)化農(nóng)場(chǎng)系統(tǒng)AFS看未來制造

導(dǎo)讀：在2020迪拜世博會(huì)上，3D打印技術(shù)已經(jīng)成了一道奇特的風(fēng)景線。3D打印大衛(wèi)像、3D打印混凝土場(chǎng)館還有3D打印便捷商店已經(jīng)讓游客們嘖嘖稱奇了。那么，看看Prusa的3D打印自動(dòng)化農(nóng)場(chǎng)，你可能會(huì)更驚訝！

據(jù)Prusa描述，這家公司正在總部布拉格運(yùn)營(yíng)了一個(gè)可能會(huì)是目前世界上最大的超大型的3D打印農(nóng)場(chǎng)。600臺(tái)3D打印機(jī)24/7全天候運(yùn)行，為新機(jī)器生產(chǎn)塑料零件。提起農(nóng)場(chǎng)這一概念，人們腦海里通常會(huì)冒出一排排瓦房或者屋棚。但，這是3D打印農(nóng)場(chǎng)。

△AFS

Prusa似乎一直在致力于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，但真正的改變大約發(fā)生在三年前。那是，他們收到一份代表捷克參加2020年迪拜世博會(huì)的邀請(qǐng)，展示“下一代”技術(shù)。于是，自動(dòng)化農(nóng)場(chǎng)系統(tǒng)（AFS）就這樣誕生了。

Prusa Pro AFS – 自動(dòng)化農(nóng)場(chǎng)系統(tǒng)

在迪拜世博會(huì)展出的AFS由34臺(tái)全新原裝Prusa打印機(jī)組成，盡管這些機(jī)器不是Prusa最新發(fā)布的Original Prusa XL，但采用的也是CoreXY結(jié)構(gòu)的機(jī)型并共享某些功能和技術(shù)。Prusa解釋說，這是為了高效利用打印場(chǎng)的空間。他們將整個(gè)場(chǎng)看作一個(gè)類似于具有熱插拔功能的計(jì)算機(jī)服務(wù)器機(jī)架，當(dāng)打印機(jī)需要維修時(shí)，只需將其滑出并放置一臺(tái)新打印機(jī)即可。

△迪拜的農(nóng)場(chǎng)由34臺(tái)新CoreXY Original Prusa 3D打印機(jī)組成

當(dāng)然，僅僅這樣依然不能稱之為自動(dòng)化。因此，Prusa開發(fā)了一款新軟件Prusa Connect來控制整個(gè)農(nóng)場(chǎng)：當(dāng)進(jìn)行打印任務(wù)時(shí)，它會(huì)自動(dòng)找到最適合作業(yè)的機(jī)器（例如，一臺(tái)剛剛完成打印且尚未完全冷卻的機(jī)器，這樣恢復(fù)到工作溫度將更快更高效）。

△回收區(qū)的3D打印雪花

而且Prusa Connect會(huì)跟蹤所有打印作業(yè)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、剩余時(shí)間以及其他關(guān)鍵設(shè)置和數(shù)據(jù)。打印完成后，軟件會(huì)自動(dòng)命令機(jī)械臂抬起打印床并移向收集區(qū)。模型將在那里與床分離，傳送到收集箱。然后打印床將會(huì)原路送回到打印機(jī)。

為了進(jìn)一步測(cè)試這款軟件，Prusa發(fā)布了軟件的封閉式Beta測(cè)試版，有興趣的小伙伴可以通過鏈接進(jìn)行下載：https://connect.prusa3d.com/。

個(gè)性化批量制造之路

3D打印農(nóng)場(chǎng)這個(gè)概念最早是由西安曲率數(shù)字科技提出，他們研發(fā)了一套名叫OCEAN Farm的系統(tǒng)，通過云端聯(lián)網(wǎng)，統(tǒng)一操控多臺(tái)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)3D打印機(jī)的高效運(yùn)作。這項(xiàng)技術(shù)在2015年10月的首屆Ignite China微軟技術(shù)大會(huì)上亮相，曾被當(dāng)做“中國(guó)智造”的典范被廣泛報(bào)道。

△通過互聯(lián)網(wǎng)集中控制，可以不同機(jī)器打印同一件物體或不同物體

2017年，Stratasys 在日本展出了一款由9臺(tái)雙噴頭FDM（一個(gè)噴頭打印支撐結(jié)構(gòu)、另一個(gè)打印模型本身） 組成一個(gè)矩陣打印機(jī)，來實(shí)現(xiàn)小批量生產(chǎn)制造。

△Stratasys在日本工業(yè)展的3D打印機(jī)農(nóng)場(chǎng)

而這種類型的機(jī)柜逐漸被發(fā)展成了一套自動(dòng)化打印機(jī)組系統(tǒng)，特別是Mosaic Manufacturing在2021年4月份發(fā)布的Array自動(dòng)系統(tǒng)。這款機(jī)柜由4臺(tái)打印機(jī)組成，利用機(jī)器人系統(tǒng)自動(dòng)拆除和更換打印臺(tái)。然而，這種機(jī)柜模式的小型“農(nóng)場(chǎng)”雖然看著很驚艷，但是靈活性不足。不能根據(jù)用戶喜好隨意增加或減少3D打印單元的數(shù)量。

△Array自動(dòng)化拆除和更換打印臺(tái)

無獨(dú)有偶，樹脂3D打印機(jī)制造商Formlabs也于2017年使用他們的Form 2 SLA 3D打印機(jī)和機(jī)械臂展示了一個(gè)自動(dòng)化打印農(nóng)場(chǎng)概念，利用機(jī)械臂移動(dòng)帶有完整零件的構(gòu)建板。然而，該系統(tǒng)在那以后似乎石沉大海，目前還不清楚該公司是否仍然計(jì)劃以這種方式發(fā)布新產(chǎn)品。

△Formlabs農(nóng)場(chǎng)

到了2019年，BCN3D展示了一個(gè)真正規(guī)�；�的3D打印農(nóng)場(chǎng)，由63臺(tái)桌面機(jī)獨(dú)立雙頭打印機(jī)組成。而這似乎也成為了Prusa的AFS的基本模式。在迪拜世博會(huì)上，游客通過使用觸摸屏平板電腦操控全場(chǎng)的34臺(tái)打印機(jī)，選擇并生成獨(dú)特的雪花設(shè)計(jì)，然后用熒光塑料打印出來。而這些雪花可以組裝起來，作為展覽上動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)的雕塑中。

△BCN3D的3D打印農(nóng)場(chǎng)，63臺(tái)桌面機(jī)獨(dú)立雙頭打印

如何組建自己的3D農(nóng)場(chǎng)？

3D打印農(nóng)場(chǎng)自概念創(chuàng)建以來至今已經(jīng)五六年了，但是真正意義上完成大規(guī)模組建計(jì)劃的農(nóng)場(chǎng)卻仍然寥寥無幾，也似乎只有Prusa成功組建了上百臺(tái)機(jī)器規(guī)模的農(nóng)場(chǎng)。在疫情之前，3D打印農(nóng)場(chǎng)系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)制造的流水線或許尚有不足。但是放眼現(xiàn)在，這似乎成了一個(gè)潮流。

△保持一個(gè)3D打印生態(tài)系統(tǒng)是最簡(jiǎn)單的

無論是何種打著“超快”旗號(hào)的3D打印系統(tǒng)，人們始終需要等上幾小時(shí)到幾十小時(shí)才能完成打印作業(yè)。而這，為大規(guī)模批量制造帶來了難題。為了實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，一家3D打印服務(wù)商或者工廠需要至少上百臺(tái)3D打印機(jī)完成批量制造的任務(wù)。因此，一套自動(dòng)化系統(tǒng)是現(xiàn)代甚至未來3D打印工廠的必須品，例如OCEAN Farm、Prusa Connect等其他自動(dòng)化軟件系統(tǒng)，以及可搭配使用的機(jī)械臂或者機(jī)器人系統(tǒng)。

△自動(dòng)化農(nóng)場(chǎng)系統(tǒng)

在3D打印機(jī)選擇上也要考慮機(jī)器的兼容性、可靠性、成本和輸出容量。Prusa能夠?qū)崿F(xiàn)同時(shí)控制600臺(tái)3D打印的“壯舉”，最大因素是因?yàn)樗�的開源性。而為了更高效地利用空間，Prusa選用CoreXY結(jié)構(gòu)的打印機(jī)也使得機(jī)械臂能夠通過陣列形式更精準(zhǔn)地定位單個(gè)打印單元。另外，雖然市面上兼容性好、可開源的3D打印機(jī)型很多，為了避免不必要的麻煩，保持盡可能少地使用不同品牌和型號(hào)的打印機(jī)能夠更好地實(shí)現(xiàn)可重復(fù)性。南極熊想，這可能就是Formlabs至今沒有想好如何在樹脂3D打印機(jī)陣列中更好地完善這一操作的原因吧。

△Next3D Farm

在2020年，Next3D在埃塞俄比亞的Addis Ababa開設(shè)了一個(gè)3D打印農(nóng)場(chǎng)，為當(dāng)?shù)仄髽I(yè)和游客提供各種服務(wù)。例如旅游景點(diǎn)建筑模型、3D建模以及按需打印原型和促銷品。據(jù)了解，這座小型農(nóng)場(chǎng)共有30臺(tái)打印機(jī)，由22臺(tái)Prusa i3 MK3S，2臺(tái)Creality CR-10，2臺(tái)Creality CR-20，2臺(tái)Anycubici3 Mega和2臺(tái)Creality Ender 3組成。Next3D稱在建立初期，Next3D Farm尚未達(dá)到滿載負(fù)荷，平均有10臺(tái)機(jī)器處于運(yùn)行狀態(tài)。

制造業(yè)的未來？

Prusa將我自動(dòng)化3D打印農(nóng)場(chǎng)視為制造業(yè)的未來，尤其是小批量生產(chǎn)。因?yàn)閹缀醪恍枰�維護(hù)，操作簡(jiǎn)單易學(xué)，農(nóng)場(chǎng)管理軟件能夠完成大部分人工操作，降低了成本。與機(jī)械加工或其他減材技術(shù)相比，3D打印從環(huán)境方面實(shí)現(xiàn)了減少浪費(fèi)。另外，本地制造也能在一定程度上減少運(yùn)輸成本。

△ 3D打印雪花

雖然這種3D打印農(nóng)場(chǎng)目前尚未普及，不過南極熊也根據(jù)反饋列舉了一些可以推廣農(nóng)場(chǎng)系統(tǒng)的地點(diǎn)：

• 學(xué)校：學(xué)生可根據(jù)興趣或者課題要求將模型發(fā)送到隊(duì)列中，主管可以查看并批準(zhǔn)發(fā)送到農(nóng)場(chǎng)打印隊(duì)列。
• 大型工程公司：可提高研發(fā)效率。
• 維修公司：減少零件庫(kù)存，實(shí)現(xiàn)按需生產(chǎn)。
• 小型工作室：實(shí)現(xiàn)內(nèi)部小批量制造。
• 自動(dòng)化按需打印服務(wù)提供商：在線訂單，本地生產(chǎn)。
  

△雪花雕塑

目前，盡管全球已經(jīng)有相當(dāng)多的不同規(guī)格的小型3D打印農(nóng)場(chǎng)形態(tài)，Prusa的目標(biāo)似乎更大。只是因?yàn)橐咔樵�因，全球零件短缺問題尚未緩解。PrusaPro AFS尚未準(zhǔn)備好全面投入生產(chǎn)，僅在當(dāng)?shù)剡\(yùn)行并測(cè)試。不過，Prusa也發(fā)表了態(tài)度，計(jì)劃在2022年向客戶交付第一批產(chǎn)品。盡管價(jià)格尚未確定，但會(huì)根據(jù)農(nóng)場(chǎng)規(guī)模而有所不同。對(duì)于更大的農(nóng)場(chǎng)，Prusa的目標(biāo)是每臺(tái)打印機(jī)+服務(wù)合同3000美元（約1.9萬人民幣）。

參考閱讀：

1. The Future of Manufacturing in Dubai: The first look atour Automated Farm System
2. ABOUT THE EXHIBIT
3. Prusa Connect
4. What We Learned from Prusa’s AFS Reveal
5. Prusa Research Unveils the Prusa Pro Automated FarmSystem
6. PRUSA PRO AFS - Automated Farm System: Presenting theFuture of Manufacturing on EXPO 2020 in Dubai
7. Introducing Form Cell
8. 3D Printer Farm: How to Get Up and Running
9. 多材料，多設(shè)備，自動(dòng)化！MOSAIC推出系列FFF 3D打印陣列：Array, Element,Palette 3
10. 批量個(gè)性化制造來了，Stratasys在日本工業(yè)展曝光3D打印機(jī)農(nóng)場(chǎng)
11. 個(gè)性化批量，3D打印農(nóng)場(chǎng)是怎么一回事？
12. BCN3D打印的3D打印農(nóng)場(chǎng)，63臺(tái)桌面機(jī)獨(dú)立雙頭打印
13. 3D打印大衛(wèi)像亮相2020年迪拜世博會(huì)
14. WASP與迪奧合作在迪拜世博會(huì)上3D打印出可持續(xù)發(fā)展的便捷商店
15. 迪拜王儲(chǔ)批準(zhǔn)在2020 年迪拜世博會(huì)場(chǎng)館建立首個(gè)3D打印區(qū)
16. Prusa Research發(fā)布CoreXY結(jié)構(gòu)、5打印頭3D打印機(jī)OriginalPrusa XL，開啟預(yù)購(gòu)