深度：為什么電弧增材專用CAM軟件如此重要

來源：格智學院
作者： 遲科萌


我們知道，增材制造是指基于離散-堆積原理，由零件三維數(shù)據(jù)驅(qū)動“直接”制造零件的科學技術(shù)體系。那么，對電弧增材制造來說，從零件三維數(shù)據(jù)到制造這之間的過程真的可以“直接”完成么？

要回答這個問題，我們首先要了解電弧增材系統(tǒng)執(zhí)行的增材程序是什么樣的，是如何生成的。

為了獲得更大的增材范圍、更自由的增材角度，電弧增材往往采用6軸工業(yè)機器人作為執(zhí)行機構(gòu)。增材時機器人的運動軌跡是由數(shù)萬個甚至更多“空間點”組成的復雜空間軌跡。這數(shù)萬個點，需要優(yōu)化路徑間的連接順序, 計算機器人設(shè)備的可達性, 調(diào)整點位姿態(tài)，再添加設(shè)備控制指令、工藝參數(shù)信息等，才能生成機器人可執(zhí)行的增材程序。

在實踐應用中，要生成如上所述的增材程序，有四種常見的編程方式：通過手工建模結(jié)合機器人離線編程軟件直接編程、通過減材CAM軟件與機器人后處理程序結(jié)合編程、通過其他增材制造CAM軟件與機器人后處理程序結(jié)合編程、使用電弧增材專用CAM軟件編程。

通過手工建模結(jié)合機器人離線編程軟件直接編程，一般是指手工建模規(guī)劃出簡單的圖形軌跡，再通過偏移、復制等方式生成逐層的軌跡，在機器人離線編程軟件中完成編程。這種方式要求零件模型本身不能太過復雜。然而實際應用中，需要增材實現(xiàn)的往往是傳統(tǒng)制造方式難加工、甚至無法加工的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計，很難被直接拆分成規(guī)則的圖形特征，而一旦模型中有不規(guī)則的曲面等形狀，就更要牽扯到極為復雜的數(shù)學算法，軌跡編程的難度將非人力能及。因此，這種編程方式往往被用于制作一些試樣、試塊等規(guī)則、簡單的零件，而不適用于實際生產(chǎn)。

通過減材CAM軟件與機器人后處理程序結(jié)合編程，核心思路是認為增材過程的“自下而上”和減材制造的“自上而下”是剛好相反的過程，因此先通過成熟完善的減材CAM軟件生成減材的路徑軌跡，然后將軌跡中的點順序“反轉(zhuǎn)”生成“逆行”的增材路徑軌跡，生成G代碼，再通過定制開發(fā)的機器人后處理程序?qū)�G代碼轉(zhuǎn)成機器人可執(zhí)行的程序。然而，增材、減材絕不是簡單相反的工藝過程，兩者在軌跡規(guī)劃時要考量的工藝因素存在著諸多差異：比如減材的路徑中已經(jīng)去除的位置可以出現(xiàn)重復的路徑，然而增材過程中重復的路徑會導致重復的堆積從而產(chǎn)生缺陷；又比如減材軌跡的行走速度變化與增材所需的變化也不同，等等。因此這樣生成的增材軌跡必須要做極大量且極高難度的人工干預和修正，但依然很難完全適應電弧增材的各項工藝特性。在實際應用中，用這種方式完成一個零件的編程時間往往需要以周甚至月計，并且對于編程人員的能力和經(jīng)驗要求都極高，不具備實踐價值。

通過其他增材工藝CAM軟件與機器人后處理程序結(jié)合編程。這種方式存在的問題，本質(zhì)上與使用減材CAM軟件的方式一樣，是工藝上的不適用。由于增材程序的路徑規(guī)劃與工藝密不可分，對于電弧增材來說，規(guī)劃合理的切片填充方式、路徑順序、起收弧位置、機器人焊槍姿態(tài)，盡量減少起收弧次數(shù)，針對特殊特征如拐角、搭接、薄壁等位置的優(yōu)化處理如軌跡優(yōu)化、速度優(yōu)化等，都決定著電弧增材的成型質(zhì)量。因此直接使用其他增材工藝CAM軟件生成的程序，增材過程中會產(chǎn)生諸多質(zhì)量問題。而為了要生產(chǎn)出質(zhì)量合格的零件，就必須依賴于大量的人工干預編程，從而陷入和使用減材CAM軟件編程一樣的困境。

到這里，其實開篇問題的答案已然揭曉。要想真正意義上的實現(xiàn)從設(shè)計到制造的“直接”銜接，能夠充分適應工藝特性實現(xiàn)自動規(guī)劃、智能優(yōu)化增材程序的電弧增材專用CAM軟件是唯一解。

然而，要開發(fā)通用、實用、易用的電弧增材專用CAM軟件，投入巨大且絕非一日之功。不僅需要能跨學科融合計算機圖形學、機器人運動學或材料學技術(shù)的高端技術(shù)研發(fā)人才，豐富的硬件集成經(jīng)驗，更需要長期持續(xù)的生產(chǎn)實踐來不斷積累工藝經(jīng)驗。這也是為什么我們放眼全球市場上，雖然不少CAM軟件可以“兼容”電弧增材，但真正能應用于生產(chǎn)實踐的電弧增材專用CAM軟件則是鳳毛麟角并且價格高昂。

目前市場上，部分電弧增材成套系統(tǒng)如WAAM3D的RoboWAAM、GEFERTEC的3DMP等會搭載系統(tǒng)專用的軟件；個別電弧增材“骨灰級”用戶使用自研自用的定制軟件，除此之外，較為成熟可以商用的電弧增材專用CAM軟件主要有METAL XL和IungoPNT兩款。另外，一家2021年成立的法國-瑞典跨國初創(chuàng)公司Adaxis在研尚未發(fā)布的軟件平臺也值得關(guān)注。

19年11月，荷蘭MX3D公司推出了商用版軟件產(chǎn)品METAL XL。在此之前數(shù)年間，MX3D一直作為增材服務商，為客戶提供電弧增材打印服務。行業(yè)內(nèi)經(jīng)典的“3D打印金屬橋”案例就是MX3D的成名作。從2019年開始，MX3D公司開始轉(zhuǎn)型為用戶提供裝備、軟件和工藝解決方案。

由來自國內(nèi)電弧增材制造技術(shù)高地南京的衍構(gòu)科技開發(fā)，IungoPNT則是一款更早在2017年就正式投向市場的國產(chǎn)軟件產(chǎn)品。從2013年啟動研發(fā)，衍構(gòu)科技就一直以：“為用戶提供“點擊即打印”的智能電弧增材專用CAM軟件，助力電弧增材走進千萬工廠“為目標，近10年間持續(xù)不斷的投入研發(fā)對產(chǎn)品迭代優(yōu)化。IungoPNT經(jīng)歷了大量用戶驗證，更在2021年被選作全國首個電弧增材國家級技能競賽的指定軟件。

推動行業(yè)發(fā)展需要低使用門檻的軟件和專業(yè)技術(shù)人才
任何新興制造技術(shù)的發(fā)展，都需要裝備、軟件、材料、工藝、人才五大核心要素協(xié)同發(fā)展，缺一不可。

對電弧增材技術(shù)來說，其工藝本身與有著悠久歷史的焊接工藝同根同源，因此巨大的機器人焊接應用市場存量對應的裝備、工藝、材料經(jīng)驗儲備都應該可以成為電弧增材技術(shù)發(fā)展的土壤。然而現(xiàn)實情況是，時至今日，電弧增材技術(shù)的應用依然局限在少數(shù)場景，歸其原因木桶的短板在于早期軟件和人才兩個要素的缺失，制約了行業(yè)的發(fā)展。

相信隨著專用CAM軟件的出現(xiàn)和發(fā)展，對專業(yè)技術(shù)人才的要求門檻也隨之不斷被降低，用戶可以越來越專注于工藝和產(chǎn)品的開發(fā)，從而不斷將電弧增材技術(shù)的潛力充分發(fā)掘出來。

格智學院+衍構(gòu)科技：IungoPNT訂閱服務，為用戶賦能
為了讓更多想要探究電弧增材技術(shù)的用戶能夠更低門檻的進行工藝驗證和開發(fā)，促進行業(yè)發(fā)展，格智學院與衍構(gòu)科技聯(lián)合推出面向企業(yè)研發(fā)和教育科研的IungoPNT軟件訂閱服務。

訂閱版軟件包含IungoPNT基礎(chǔ)版九大核心功能，包括：增材項目管理、多任務管理、增材參數(shù)配置、增材程序自動規(guī)劃、一鍵啟停、布局仿真、路徑仿真、工藝參數(shù)實時監(jiān)控。

訂閱費用按年收取，用戶可以按需逐年訂閱，并通過衍構(gòu)盒子自行快速完成硬件部署，將已有的機器人焊接設(shè)備升級為電弧增材系統(tǒng)，極大程度的為用戶節(jié)約初始投入。訂閱服務配套由首屆國賽訓練營原班教研團隊打造的電弧增材設(shè)備操作認證課程，以及完善的線上知識庫，保障用戶的技術(shù)人員可以零基礎(chǔ)快速上手，進一步為用戶賦能。

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