金屬3D打印后處理革新，拓博推出機(jī)器人自動(dòng)去支撐打磨系統(tǒng)

導(dǎo)讀：在增材制造技術(shù)迅猛發(fā)展的浪潮中，制造業(yè)正迎來(lái)一場(chǎng)革命性的變革。這項(xiàng)技術(shù)在航空航天、軍工、汽車(chē)、醫(yī)療、3C電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，展現(xiàn)出巨大的潛力。然而，當(dāng)增材制造技術(shù)從定制化、小批量的原型制作轉(zhuǎn)向規(guī)模生產(chǎn)時(shí)，其面臨的挑戰(zhàn)也隨之增加。在原型制作階段，只需達(dá)到“足夠好”的標(biāo)準(zhǔn)即可，但用于生產(chǎn)批量化的最終用途零件時(shí)，則必須滿(mǎn)足高效、準(zhǔn)確、可重復(fù)性、可靠性和成本效益等諸多要求，這對(duì)增材制造的技術(shù)工藝能力提出了不小的挑戰(zhàn)。

金屬增材制造的后處理現(xiàn)狀與需求

金屬增材制造憑借其數(shù)字化生產(chǎn)方式，從模型設(shè)計(jì)到零件成形幾乎全是自動(dòng)化和數(shù)字化的流程。然而，這并不是增材制造產(chǎn)品的最終交付狀態(tài)，產(chǎn)品交付前還有一段漫長(zhǎng)的后處理過(guò)程。金屬零件的后處理是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，包括粉末去除、支撐去除、表面處理、熱處理和質(zhì)量檢查等。這些任務(wù)通常由一線(xiàn)技術(shù)工人完成，依賴(lài)工人的體力勞動(dòng)，且手工過(guò)程易受人為錯(cuò)誤影響，帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)與不穩(wěn)定因素。例如在航空航天、醫(yī)療和3C產(chǎn)品的大規(guī)模應(yīng)用中，手工后處理不夠精確且不可重復(fù)，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低下，表面質(zhì)量和尺寸精度不一致，甚至產(chǎn)生部件缺陷和返工，影響質(zhì)量一致性和最終產(chǎn)品的功能和可靠性，并增加了產(chǎn)品交付的成本和時(shí)間。

近些年來(lái)，各大廠(chǎng)商針對(duì)增材技術(shù)在設(shè)計(jì)軟件、工藝和材料方面取得了顯著進(jìn)步，但后處理過(guò)程仍是增材制造廣泛應(yīng)用的主要障礙和瓶頸。因此，實(shí)現(xiàn)后處理的自動(dòng)化是解決這一瓶頸的關(guān)鍵。然而，當(dāng)面對(duì)金屬增材制造零件去除支撐和表面打磨的后處理挑戰(zhàn)，行業(yè)內(nèi)幾乎沒(méi)有有效的自動(dòng)化解決方案，行業(yè)對(duì)開(kāi)發(fā)和商業(yè)化一個(gè)可行的、可持續(xù)的解決方案需求強(qiáng)烈。

浙江拓博通過(guò)深入研究行業(yè)中的難點(diǎn)和痛點(diǎn)問(wèn)題，專(zhuān)注于去除支撐和打磨/拋光的自動(dòng)化技術(shù)難題，以滿(mǎn)足行業(yè)關(guān)鍵任務(wù)的高標(biāo)準(zhǔn)為要求，在國(guó)內(nèi)率先推出了機(jī)器人自動(dòng)去支撐打磨系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了后處理過(guò)程中支撐去除、打磨/拋光。該系統(tǒng)結(jié)合了工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化技術(shù)，配備了一系列實(shí)用工具、傳感器、機(jī)器視覺(jué)以及先進(jìn)的軟件系統(tǒng)與控制流程。通過(guò)不斷優(yōu)化去除支撐和表面打磨的工藝過(guò)程，從而提高后處理加工的質(zhì)量與一致性。通過(guò)該系統(tǒng)，制造商可以輕松、精準(zhǔn)、高質(zhì)量地實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化金屬零件后處理，重新定義了金屬增材制造的工藝鏈。這種自動(dòng)化去除支撐與打磨/拋光的解決方案可大幅減少傳統(tǒng)人工操作后處理過(guò)程中的缺陷，且消除了人為風(fēng)險(xiǎn)和可變性，為行業(yè)的發(fā)展注入了新的活力。

后處理去支撐與打磨的痛點(diǎn)與難點(diǎn)

增材制造過(guò)程中，支撐結(jié)構(gòu)用于熱傳導(dǎo)和防止懸垂幾何形狀的變形，而去除支撐通常是后處理中勞動(dòng)量最大的一個(gè)環(huán)節(jié)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，去除金屬部件上通道、孔和懸垂等結(jié)構(gòu)支撐，其產(chǎn)生的成本可占總零件成本的25%以上。尤其是在拆卸金屬支撐時(shí)，這一過(guò)程勞動(dòng)密集、耗時(shí)長(zhǎng)，并且存在危險(xiǎn)。遺憾的是，這種手工方法仍然是大多數(shù)金屬零件從增材制造系統(tǒng)上卸下后的普遍操作方式。此外，對(duì)于大尺寸的實(shí)體支撐結(jié)構(gòu)，手工已無(wú)法直接去除，需要采用機(jī)床切割與手工配合的方式進(jìn)行去除，工藝復(fù)雜，工序耗時(shí)。對(duì)于不同尺寸零件的各類(lèi)支撐去除時(shí)，連接的薄壁、細(xì)微結(jié)構(gòu)可能很脆弱。在人工移除過(guò)程中，由于不同鉗工工人施加在零件上的外力手法不同，導(dǎo)致零件在移除支撐時(shí)會(huì)產(chǎn)生斷裂或翹曲，帶來(lái)零件的報(bào)廢。同時(shí)，傳統(tǒng)的方法在可重復(fù)性、質(zhì)量控制、按期交付等方面也存在諸多問(wèn)題。

增材制造的零件相對(duì)于切削加工，通常具有較高的表面粗糙度，故需要對(duì)表面進(jìn)行打磨/拋光等工藝處理，該過(guò)程通常也是由手工完成，這與去除支撐的環(huán)節(jié)一樣，需要大量手工工具，耗時(shí)長(zhǎng)，并且存在粉塵和噪音環(huán)境，對(duì)操作人員的生產(chǎn)安全和職業(yè)健康帶來(lái)挑戰(zhàn)。打磨過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生細(xì)微的金屬顆粒物，且顆粒物的彌散與無(wú)組織排放會(huì)帶來(lái)爆炸或環(huán)境危害。手工打磨需要嚴(yán)格的環(huán)保設(shè)施投入，即便如此，也無(wú)法完全消除打磨過(guò)程中的金屬顆粒物以及打磨噪音對(duì)操作工人帶來(lái)的危害。此外，由于增材制造零件表面的變化，手工打磨拋光的效果隨時(shí)間和工人的不同而變化，導(dǎo)致生產(chǎn)中出現(xiàn)不一致性。同時(shí)，不斷出現(xiàn)的高硬度、高強(qiáng)度等新型材料工藝，也導(dǎo)致手工打磨等難度急劇增大。

由于金屬增材制造后處理過(guò)程中的每一個(gè)步驟都要求高度的技術(shù)技能，同時(shí)也引入了人為試錯(cuò)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)的手工方法使得金屬增材制造后處理變得勞動(dòng)密集，成為生產(chǎn)流程的瓶頸，勞動(dòng)強(qiáng)度大和交付時(shí)間長(zhǎng)增加了生產(chǎn)成本，甚至使增材制造的快速成形能力受限。工藝技術(shù)人員必須在成形效率和成形精度之間找到微妙的平衡，同時(shí)必須權(quán)衡產(chǎn)品質(zhì)量的不同需求，尤其是在去除支撐和表面處理等任務(wù)中，例如為了更好的確保零件的成形質(zhì)量而采用的增加支撐數(shù)量、采用實(shí)體結(jié)構(gòu)支撐、增大表面余量等工藝技術(shù)手段，雖然提高了零件的良率，但直接導(dǎo)致后處理過(guò)程的難度增大、效率降低、工人費(fèi)時(shí)費(fèi)力等，工藝的調(diào)整與后處理過(guò)程既相互關(guān)聯(lián)又相互制約，往往需要艱難取舍。此外，手動(dòng)處理零件會(huì)增加意外損壞概率，可能導(dǎo)致廢品率增加、材料浪費(fèi)、人員健康受損等問(wèn)題。這些因素的累積影響使最終產(chǎn)品質(zhì)量不一致，這可能會(huì)破壞金屬增材制造零件的可靠性，并限制其在對(duì)質(zhì)量一致性有嚴(yán)格要求行業(yè)的推廣。

自動(dòng)化解決方案的優(yōu)勢(shì)與必要性

對(duì)于增材制造行業(yè)的新進(jìn)入者，通常需要花費(fèi)數(shù)年的時(shí)間進(jìn)行技術(shù)及工藝學(xué)習(xí)。在這段時(shí)間內(nèi)，他們會(huì)經(jīng)歷大量的嘗試、錯(cuò)誤實(shí)驗(yàn)和打印失敗，這些過(guò)程不僅浪費(fèi)了大量金錢(qián)和時(shí)間，人員能力的提升也受限于個(gè)人學(xué)習(xí)能力的水平，試錯(cuò)越多并不代表掌握越好。特別是在去除支撐和表面打磨等后處理過(guò)程時(shí)，需要高度熟練的技術(shù)工人，這些技能通常也需要數(shù)年才能完全掌握，且不同工人的手法也不可替代。此外，增材制造技術(shù)正處于快速發(fā)展階段，具備顯著的可擴(kuò)展性，能夠也必將應(yīng)用于更大批量的零件生產(chǎn)。而當(dāng)前的后處理手工流程明顯限制了行業(yè)的產(chǎn)能擴(kuò)展，因?yàn)檫@些流程面臨著高成本、昂貴的材料、繁重的人工工作、低效率的生產(chǎn)，以及設(shè)備之間協(xié)作不暢、整體質(zhì)量保障缺乏一致性等問(wèn)題。這些制約因素共同阻礙了增材制造向汽車(chē)、3C等大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化全自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)轉(zhuǎn)型的步伐。

在整個(gè)金屬3D打印制造成本中，人工成本占比甚至高達(dá)30%，因此，克服手工過(guò)程是實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)的一大挑戰(zhàn)。在此背景下，后處理自動(dòng)化顯得尤為關(guān)鍵，需要更多解決方案為增材制造領(lǐng)域帶來(lái)創(chuàng)新。浙江拓博推出的機(jī)器人自動(dòng)去支撐打磨系統(tǒng)可與增材制造系統(tǒng)、清粉系統(tǒng)、粉末循環(huán)系統(tǒng)等可組成工藝閉環(huán)的增材制造數(shù)字化流程，是實(shí)現(xiàn)增材制造智能工廠(chǎng)的最后一項(xiàng)終端數(shù)字化設(shè)備。

系統(tǒng)中的機(jī)器人結(jié)合了先進(jìn)的編程軟件，并配備了專(zhuān)門(mén)的工具，可以去除支撐結(jié)構(gòu)，并將表面拋光到所需的水平。自動(dòng)化的過(guò)程可以提高表面質(zhì)量，確保更嚴(yán)格的尺寸公差，并在不同批次的金屬部件之間提供更大的一致性。此外，將機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)和各類(lèi)傳感器與機(jī)器人集成，以執(zhí)行實(shí)時(shí)檢查，確保零件符合特定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。在大批量生產(chǎn)時(shí)，自動(dòng)化后處理解決方案還可以顯著降低與體力勞動(dòng)相關(guān)的成本，提高后處理環(huán)境中的安全性。同時(shí)，自動(dòng)化解決方案本身就具有可擴(kuò)展性，這是手工勞動(dòng)所不具備的。這些解決方案可以很容易地適應(yīng)于處理更大的產(chǎn)量，而不會(huì)影響零件的質(zhì)量或一致性。這使制造商能夠在大型項(xiàng)目中充分利用增材制造的優(yōu)勢(shì)，并可以消除傳統(tǒng)手動(dòng)后處理的所有瓶頸。

拓博自動(dòng)化產(chǎn)品功能及優(yōu)勢(shì)

浙江拓博推出的機(jī)器人自動(dòng)去支撐打磨系統(tǒng)，集成了專(zhuān)業(yè)的工業(yè)機(jī)器人和豐富的作業(yè)工具，結(jié)合強(qiáng)大的編程與仿真軟件，為金屬3D打印零件提供了全套自動(dòng)化去支撐和打磨解決方案。該系統(tǒng)的主要功能包括：

1.支撐去除：針對(duì)不同材料和特征結(jié)構(gòu)，機(jī)器人可切換使用切割機(jī)、角磨機(jī)、鏟錘風(fēng)鑿刀等工具，并運(yùn)用特定的作用力控制算法和掃描系統(tǒng)，充分適應(yīng)不同材質(zhì)、尺寸及形狀的工件，從而采用不同的去支撐策略。并針對(duì)實(shí)體、網(wǎng)狀、線(xiàn)性等各種類(lèi)型支撐，使用不同工具與工藝流程進(jìn)行匹配，實(shí)現(xiàn)最大效率的去除工作。此外，控制軟件配合自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)可使工程師和技術(shù)人員能夠快速設(shè)置并開(kāi)始工作，減少學(xué)習(xí)難度，并保障每次操作的一致性與可靠性。

2.打磨/拋光：設(shè)備配備砂輪、磨光機(jī)、浮動(dòng)打磨和偏心打磨等工具，適用于各種金屬材料的修整、打磨和拋光。精度檢測(cè)與3D視覺(jué)系統(tǒng)確保零件表面特征的一致性和高質(zhì)量。通過(guò)對(duì)不同壓力的監(jiān)測(cè)與反饋從而調(diào)節(jié)打磨工具的具體進(jìn)程，并針對(duì)不同位置、不同結(jié)構(gòu)的打磨難題，進(jìn)行特殊工藝調(diào)整，實(shí)時(shí)保證過(guò)程的穩(wěn)定性并實(shí)現(xiàn)一致的表面光潔度。

3.自動(dòng)校準(zhǔn)、切換與執(zhí)行：設(shè)備具備三坐標(biāo)測(cè)頭、3D輪廓掃描儀及配套處理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)過(guò)程中機(jī)器人偏差的自動(dòng)糾正，確保任務(wù)執(zhí)行的精度和可靠性，以及生產(chǎn)產(chǎn)品的一致性和準(zhǔn)確性。設(shè)備支持自動(dòng)切換工序，通過(guò)集成多功能工具和自動(dòng)化流程，機(jī)器人可根據(jù)去支撐打磨作業(yè)內(nèi)容自動(dòng)快速切換所需工具，提高生產(chǎn)效率和靈活性。全自動(dòng)執(zhí)行包括角磨機(jī)切割、砂輪打磨、鏟錘風(fēng)鑿刀沖擊和細(xì)砂帶打磨等操作，無(wú)需人工干預(yù)，安全高效地提升生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。

此外，浙江拓博針對(duì)機(jī)器人自動(dòng)去支撐打磨系統(tǒng)的實(shí)際需求，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中加入了諸多有利于操作人員學(xué)習(xí)、使用及特殊工藝的考量，使機(jī)器人更加智能，其主要優(yōu)勢(shì)如下：

1. 基于人工智能驅(qū)動(dòng)的平臺(tái)軟件：機(jī)器人平臺(tái)軟件采用人工智能驅(qū)動(dòng)，與現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備無(wú)縫對(duì)接，具備速簡(jiǎn)編程、模擬仿真、實(shí)時(shí)監(jiān)控和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能。它可以將任何3D模型轉(zhuǎn)換為數(shù)字金屬加工配方，提供可重復(fù)性、可靠性和可追溯性。友好的定制化中文圖形界面使用戶(hù)能快速掌握系統(tǒng)并編寫(xiě)作業(yè)程序，同時(shí)提供更多高級(jí)功能和定制化服務(wù)，帶來(lái)高效的操作體驗(yàn)。

表 軟件平臺(tái)的特色功能

序號(hào)	功能	具體描述
1	速簡(jiǎn)編程	快速、簡(jiǎn)單地編寫(xiě)任務(wù)程序，下發(fā)至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備執(zhí)行，滿(mǎn)足多種生產(chǎn)需求。
2	模擬仿真	模擬真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)機(jī)器人路徑規(guī)劃、工具切換和去支撐打磨作業(yè)進(jìn)行仿真，確定最優(yōu)作業(yè)路徑，縮短生產(chǎn)工期。
3	實(shí)時(shí)監(jiān)控	實(shí)時(shí)監(jiān)控各類(lèi)工具、機(jī)器人設(shè)備及生產(chǎn)作業(yè)進(jìn)展，掌握現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)。
4	數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)	統(tǒng)計(jì)分析現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行、作業(yè)生產(chǎn)和環(huán)境能耗數(shù)據(jù)，助力精準(zhǔn)決策。

2.遠(yuǎn)程離線(xiàn)操作支持：設(shè)備支持離線(xiàn)編程和仿真，通過(guò)自研軟件系統(tǒng)，可提前實(shí)現(xiàn)精確的加工路徑規(guī)劃和操作控制。編寫(xiě)程序后，可將離線(xiàn)運(yùn)行程序包下發(fā)至現(xiàn)場(chǎng)級(jí)設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備能獨(dú)立自主運(yùn)行，不依賴(lài)軟件平臺(tái)。對(duì)于具有特殊要求的生產(chǎn)環(huán)境，可以充分確保加工數(shù)據(jù)的使用安全。

3.機(jī)器人多樣化戰(zhàn)略：系統(tǒng)提供多種品牌（ABB、KUKA、發(fā)那科、安川等）、型號(hào)和規(guī)格的機(jī)器人，覆蓋各種材質(zhì)、尺寸、形狀工件的去支撐打磨作業(yè)，滿(mǎn)足各類(lèi)定制化需求，不同系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)定制可實(shí)現(xiàn)客戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)原有數(shù)字化系統(tǒng)的無(wú)縫對(duì)接。

4.豐富的工具庫(kù)與可擴(kuò)展性：系統(tǒng)提供智能工具倉(cāng)庫(kù)，擁有豐富的工具選擇，如切割機(jī)、角磨機(jī)、往復(fù)式銼刀、鏟錘風(fēng)鑿刀、砂輪、磨光機(jī)、浮動(dòng)打磨工具和2D/3D視覺(jué)工具等。根據(jù)作業(yè)特點(diǎn)靈活選擇適合的工具，滿(mǎn)足各類(lèi)去支撐打磨作業(yè)的需求。同時(shí)可根據(jù)客戶(hù)具體要求，擴(kuò)展更多工具類(lèi)型，例如實(shí)現(xiàn)如簡(jiǎn)易切削、鉆孔、攻絲和基板分離等功能。

5.一站式解決方案：整個(gè)系統(tǒng)采用交鑰匙交付模式，客戶(hù)團(tuán)隊(duì)無(wú)需專(zhuān)業(yè)編程人員，具體操作時(shí)通過(guò)拖拽方式快速完成機(jī)器人去支撐打磨程序開(kāi)發(fā)，提高工作效率和生產(chǎn)效益。為用戶(hù)提供簡(jiǎn)單、便捷、高效的系統(tǒng)解決方案，助力用戶(hù)實(shí)現(xiàn)降本增效。

拓博自動(dòng)化產(chǎn)品應(yīng)用效果

隨著越來(lái)越多的公司將金屬增材制造工藝應(yīng)用于生產(chǎn)，對(duì)此類(lèi)解決方案的需求也在不斷增加。浙江拓博致力于集成和實(shí)施最先進(jìn)的自動(dòng)化硬件和軟件工藝，為客戶(hù)提供靈活、多功能且易用的全面解決方案。推出的機(jī)器人自動(dòng)去支撐打磨系統(tǒng)，一經(jīng)上市并受到眾多從業(yè)者的關(guān)注，目前該系列產(chǎn)品工藝已應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療器械和汽車(chē)制造等領(lǐng)域。幫助客戶(hù)顯著降低生產(chǎn)成本，提高了零件的質(zhì)量一致性和生產(chǎn)效率。設(shè)備的精確控制和高效處理能力，滿(mǎn)足了嚴(yán)格的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量要求。

不同行業(yè)的客戶(hù)對(duì)該系列設(shè)備系統(tǒng)給予了高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為其在生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量上帶來(lái)了顯著提升。其系統(tǒng)操作快速、干凈、準(zhǔn)確且可重復(fù)，使生產(chǎn)過(guò)程更加省心省力。自動(dòng)化去支撐不僅意味著消除了增材制造鏈中最勞動(dòng)密集型的流程之一，還通過(guò)可靠的周轉(zhuǎn)時(shí)間提高了每個(gè)零件的生產(chǎn)率。同時(shí)，自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)使工程師和技術(shù)人員能夠利用現(xiàn)有的知識(shí)和直覺(jué)快速設(shè)置并開(kāi)始生產(chǎn)運(yùn)行，減少學(xué)習(xí)成本。當(dāng)然，增材制造的后處理是一個(gè)及其復(fù)雜和多變的過(guò)程，新系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)并不能面面俱到的解決不同行業(yè)的各種需求，我們誠(chéng)邀更多的廠(chǎng)家與客戶(hù)聯(lián)系我們，關(guān)注、咨詢(xún)、試用并購(gòu)買(mǎi)該系統(tǒng)，與拓博一起不斷優(yōu)化、改進(jìn)、開(kāi)發(fā)機(jī)器人后處理更多的功能特點(diǎn)、工藝能力與應(yīng)用場(chǎng)景。

后處理自動(dòng)化系統(tǒng)的展望

浙江拓博致力于技術(shù)的不斷創(chuàng)新和設(shè)備工藝能力的不斷優(yōu)化，通過(guò)開(kāi)發(fā)各種類(lèi)別功能強(qiáng)大、性能優(yōu)越的自動(dòng)化設(shè)備，始終保持在增材制造后處理領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。推出的機(jī)器人自動(dòng)去支撐打磨系統(tǒng)解決了金屬3D打印后處理難題，展示了巨大潛力和優(yōu)勢(shì)，并助力生產(chǎn)線(xiàn)智能化升級(jí)與客戶(hù)的降本增效。未來(lái)，自動(dòng)化技術(shù)將實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的功能擴(kuò)展和靈活應(yīng)用，以便提升不同行業(yè)、不同客戶(hù)在資源管理、節(jié)能環(huán)保、優(yōu)化材料使用方面的各種需求。這將重新定義制造業(yè)未來(lái)，滿(mǎn)足行業(yè)對(duì)更智能、更快速、更可靠制造解決方案的不斷增長(zhǎng)需求，從而促使每一個(gè)從業(yè)者為更綠色、更可持續(xù)的制造業(yè)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。