從多層住宅、全尺寸船體到火箭部件與船用螺旋槳，機(jī)器人3D打印——亦稱機(jī)械臂3D打印或機(jī)器人增材制造——正迎來(lái)廣泛應(yīng)用的高速發(fā)展期。這項(xiàng)技術(shù)在材料選擇上幾乎不受限制，涵蓋聚合物、金屬、混凝土等多種類別，且能夠制造傳統(tǒng)3D打印機(jī)難以勝任的大型復(fù)雜構(gòu)件。

技術(shù)成熟與工業(yè)前景

機(jī)械臂3D打印因其技術(shù)成熟度與廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景而備受矚目。《沃勒斯2025年報(bào)告》在分析增材制造行業(yè)現(xiàn)狀時(shí)指出：“移動(dòng)式增材制造機(jī)器人的部署正在改變生產(chǎn)格局，與工業(yè)4.0智能工廠的目標(biāo)高度契合。未來(lái)五年，增材制造行業(yè)將在各類機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)顯著增長(zhǎng)。”

高自由度與大尺寸制造

憑借極高的運(yùn)動(dòng)靈活性，機(jī)械臂越來(lái)越多地應(yīng)用于大型項(xiàng)目中，如模具制造、大型原型制作、藝術(shù)雕塑、建筑構(gòu)件、家具乃至火箭部件。它為3D打印帶來(lái)了全新的設(shè)計(jì)自由度，幾乎可以從任意角度進(jìn)行打印，實(shí)現(xiàn)極其復(fù)雜的曲面幾何形狀。此外，其打印尺寸也遠(yuǎn)超普通打印機(jī)，甚至可達(dá)30米以上。

機(jī)械臂相較于龍門(mén)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

機(jī)械臂3D打印成型的零件通常無(wú)需支撐結(jié)構(gòu)，這進(jìn)一步提升了設(shè)計(jì)自由并節(jié)約了材料成本。當(dāng)然，這要求結(jié)構(gòu)本身具備自支撐能力，因此一般不適合懸垂式設(shè)計(jì)。不過(guò)，許多制造商已通過(guò)可調(diào)整打印平臺(tái)方向的方式解決這一問(wèn)題，使擠出層能與底層幾何對(duì)齊，從而利用既有結(jié)構(gòu)作為支撐，實(shí)現(xiàn)懸垂部分的打印。

機(jī)械臂打印的另一特點(diǎn)是無(wú)需像固定軸打印機(jī)那樣依賴切片軟件生成分層路徑。這些設(shè)備通過(guò)專門(mén)的多軸刀具路徑編程軟件進(jìn)行控制，此類軟件在傳統(tǒng)機(jī)械臂編程基礎(chǔ)上，增加了針對(duì)增材制造的邏輯層。

此外，機(jī)械臂3D打印機(jī)大多以“自行組裝”形式為主，盡管現(xiàn)成的完整解決方案平臺(tái)也在逐漸增多。企業(yè)通常分別采購(gòu)機(jī)械臂、擠出單元、軟件等組件。盡管這或許會(huì)帶來(lái)集成挑戰(zhàn)，但對(duì)許多已擁有機(jī)械臂的制造企業(yè)而言，能夠基于現(xiàn)有設(shè)備拓展新用途，反而降低了技術(shù)采納與使用的門(mén)檻。

成本更低且更可持續(xù)的材料

機(jī)械臂3D打印機(jī)一般不使用大型卷材，而通常采用顆粒或碎片狀的聚合物、絲材或粉末狀金屬，以及來(lái)自專用容器的黏土或混凝土類材料。這不僅拓寬了材料來(lái)源，也提升了資源利用的可持續(xù)性。

機(jī)械臂如何實(shí)現(xiàn)3D打印

在聚合物打印中，擠出機(jī)構(gòu)從中央料斗吸取塑料顆粒，根據(jù)材料類型加熱至適宜擠出的粘度。塑料顆粒廣泛用于注塑等行業(yè)，因此通常比傳統(tǒng)3D打印使用的絲材更經(jīng)濟(jì)。顆粒形態(tài)也便于材料混合、定制配方以及使用回收塑料碎片，同時(shí)由于加熱區(qū)域更大、材料吞吐量更高，打印速度也普遍快于絲材打印。

在金屬打印方面，機(jī)械臂3D打印通常與電弧增材制造或定向能量沉積技術(shù)結(jié)合，這類工藝屬于獨(dú)立的技術(shù)范疇，在此不作展開(kāi)。

在混凝土打印中，機(jī)械臂3D打印也日益廣泛應(yīng)用于建筑與設(shè)計(jì)領(lǐng)域，例如打印墻體、長(zhǎng)椅、花盆及輕型建筑構(gòu)件。像Vertico和Twente AM等公司已提供多種機(jī)械臂與混凝土擠出配置，支持多樣化的建造需求。

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