金屬3D打印后處理革新，拓博推出機器人自動去支撐打磨系統(tǒng)

導讀：在增材制造技術迅猛發(fā)展的浪潮中，制造業(yè)正迎來一場革命性的變革。這項技術在航空航天、軍工、汽車、醫(yī)療、3C電子產品等領域的應用日益廣泛，展現(xiàn)出巨大的潛力。然而，當增材制造技術從定制化、小批量的原型制作轉向規(guī)模生產時，其面臨的挑戰(zhàn)也隨之增加。在原型制作階段，只需達到“足夠好”的標準即可，但用于生產批量化的最終用途零件時，則必須滿足高效、準確、可重復性、可靠性和成本效益等諸多要求，這對增材制造的技術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)字化生產方式，從模型設計到零件成形幾乎全是自動化和數(shù)字化的流程。然而，這并不是增材制造產品的最終交付狀態(tài)，產品交付前還有一段漫長的后處理過程。金屬零件的后處理是一個復雜的過程，包括粉末去除、支撐去除、表面處理、熱處理和質量檢查等。這些任務通常由一線技術工人完成，依賴工人的體力勞動，且手工過程易受人為錯誤影響，帶來了諸多挑戰(zhàn)與不穩(wěn)定因素。例如在航空航天、醫(yī)療和3C產品的大規(guī)模應用中，手工后處理不夠精確且不可重復，導致生產效率低下，表面質量和尺寸精度不一致，甚至產生部件缺陷和返工，影響質量一致性和最終產品的功能和可靠性，并增加了產品交付的成本和時間。

近些年來，各大廠商針對增材技術在設計軟件、工藝和材料方面取得了顯著進步，但后處理過程仍是增材制造廣泛應用的主要障礙和瓶頸。因此，實現(xiàn)后處理的自動化是解決這一瓶頸的關鍵。然而，當面對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)內幾乎沒有有效的自動化解決方案，行業(yè)對開發(fā)和商業(yè)化一個可行的、可持續(xù)的解決方案需求強烈。

浙江拓博通過深入研究行業(yè)中的難點和痛點問題，專注于去除支撐和打磨/拋光的自動化技術難題，以滿足行業(yè)關鍵任務的高標準為要求，在國內率先推出了機器人自動去支撐打磨系統(tǒng)，實現(xiàn)了后處理過程中支撐去除、打磨/拋光。該系統(tǒng)結合了工業(yè)機器人自動化技術，配備了一系列實用工具、傳感器、機器視覺以及先進的軟件系統(tǒng)與控制流程。通過不斷優(yōu)化去除支撐和表面打磨的工藝過程，從而提高后處理加工的質量與一致性。通過該系統(tǒng)，制造商可以輕松、精準、高質量地實現(xiàn)自動化金屬零件后處理，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)人工操作后處理過程中的缺陷，且消除了人為風險和可變性，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與難點

增材制造過程中，支撐結構用于熱傳導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量最大的一個環(huán)節(jié)。據(jù)不完全統(tǒng)計，去除金屬部件上通道、孔和懸垂等結構支撐，其產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，這一過程勞動密集、耗時長，并且存在危險。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，對于大尺寸的實體支撐結構，手工已無法直接去除，需要采用機床切割與手工配合的方式進行去除，工藝復雜，工序耗時。對于不同尺寸零件的各類支撐去除時，連接的薄壁、細微結構可能很脆弱。在人工移除過程中，由于不同鉗工工人施加在零件上的外力手法不同，導致零件在移除支撐時會產生斷裂或翹曲，帶來零件的報廢。同時，傳統(tǒng)的方法在可重復性、質量控制、按期交付等方面也存在諸多問題。

增材制造的零件相對于切削加工，通常具有較高的表面粗糙度，故需要對表面進行打磨/拋光等工藝處理，該過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，耗時長，并且存在粉塵和噪音環(huán)境，對操作人員的生產安全和職業(yè)健康帶來挑戰(zhàn)。打磨過程中會產生細微的金屬顆粒物，且顆粒物的彌散與無組織排放會帶來爆炸或環(huán)境危害。手工打磨需要嚴格的環(huán)保設施投入，即便如此，也無法完全消除打磨過程中的金屬顆粒物以及打磨噪音對操作工人帶來的危害。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間和工人的不同而變化，導致生產中出現(xiàn)不一致性。同時，不斷出現(xiàn)的高硬度、高強度等新型材料工藝，也導致手工打磨等難度急劇增大。

由于金屬增材制造后處理過程中的每一個步驟都要求高度的技術技能，同時也引入了人為試錯的潛在風險。傳統(tǒng)的手工方法使得金屬增材制造后處理變得勞動密集，成為生產流程的瓶頸，勞動強度大和交付時間長增加了生產成本，甚至使增材制造的快速成形能力受限。工藝技術人員必須在成形效率和成形精度之間找到微妙的平衡，同時必須權衡產品質量的不同需求，尤其是在去除支撐和表面處理等任務中，例如為了更好的確保零件的成形質量而采用的增加支撐數(shù)量、采用實體結構支撐、增大表面余量等工藝技術手段，雖然提高了零件的良率，但直接導致后處理過程的難度增大、效率降低、工人費時費力等，工藝的調整與后處理過程既相互關聯(lián)又相互制約，往往需要艱難取舍。此外，手動處理零件會增加意外損壞概率，可能導致廢品率增加、材料浪費、人員健康受損等問題。這些因素的累積影響使最終產品質量不一致，這可能會破壞金屬增材制造零件的可靠性，并限制其在對質量一致性有嚴格要求行業(yè)的推廣。

自動化解決方案的優(yōu)勢與必要性

對于增材制造行業(yè)的新進入者，通常需要花費數(shù)年的時間進行技術及工藝學習。在這段時間內，他們會經歷大量的嘗試、錯誤實驗和打印失敗，這些過程不僅浪費了大量金錢和時間，人員能力的提升也受限于個人學習能力的水平，試錯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程時，需要高度熟練的技術工人，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，增材制造技術正處于快速發(fā)展階段，具備顯著的可擴展性，能夠也必將應用于更大批量的零件生產。而當前的后處理手工流程明顯限制了行業(yè)的產能擴展，因為這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，以及設備之間協(xié)作不暢、整體質量保障缺乏一致性等問題。這些制約因素共同阻礙了增材制造向汽車、3C等大規(guī)模產業(yè)化全自動生產線轉型的步伐。

在整個金屬3D打印制造成本中，人工成本占比甚至高達30%，因此，克服手工過程是實現(xiàn)智能化生產的一大挑戰(zhàn)。在此背景下，后處理自動化顯得尤為關鍵，需要更多解決方案為增材制造領域帶來創(chuàng)新。浙江拓博推出的機器人自動去支撐打磨系統(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，是實現(xiàn)增材制造智能工廠的最后一項終端數(shù)字化設備。

系統(tǒng)中的機器人結合了先進的編程軟件，并配備了專門的工具，可以去除支撐結構，并將表面拋光到所需的水平。自動化的過程可以提高表面質量，確保更嚴格的尺寸公差，并在不同批次的金屬部件之間提供更大的一致性。此外，將機器視覺系統(tǒng)和各類傳感器與機器人集成，以執(zhí)行實時檢查，確保零件符合特定的質量標準。在大批量生產時，自動化后處理解決方案還可以顯著降低與體力勞動相關的成本，提高后處理環(huán)境中的安全性。同時，自動化解決方案本身就具有可擴展性，這是手工勞動所不具備的。這些解決方案可以很容易地適應于處理更大的產量，而不會影響零件的質量或一致性。這使制造商能夠在大型項目中充分利用增材制造的優(yōu)勢，并可以消除傳統(tǒng)手動后處理的所有瓶頸。

拓博自動化產品功能及優(yōu)勢

浙江拓博推出的機器人自動去支撐打磨系統(tǒng)，集成了專業(yè)的工業(yè)機器人和豐富的作業(yè)工具，結合強大的編程與仿真軟件，為金屬3D打印零件提供了全套自動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：針對不同材料和特征結構，機器人可切換使用切割機、角磨機、鏟錘風鑿刀等工具，并運用特定的作用力控制算法和掃描系統(tǒng)，充分適應不同材質、尺寸及形狀的工件，從而采用不同的去支撐策略。并針對實體、網(wǎng)狀、線性等各種類型支撐，使用不同工具與工藝流程進行匹配，實現(xiàn)最大效率的去除工作。此外，控制軟件配合自動校準系統(tǒng)可使工程師和技術人員能夠快速設置并開始工作，減少學習難度，并保障每次操作的一致性與可靠性。

2.打磨/拋光：設備配備砂輪、磨光機、浮動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。精度檢測與3D視覺系統(tǒng)確保零件表面特征的一致性和高質量。通過對不同壓力的監(jiān)測與反饋從而調節(jié)打磨工具的具體進程，并針對不同位置、不同結構的打磨難題，進行特殊工藝調整，實時保證過程的穩(wěn)定性并實現(xiàn)一致的表面光潔度。

3.自動校準、切換與執(zhí)行：設備具備三坐標測頭、3D輪廓掃描儀及配套處理系統(tǒng)，可實現(xiàn)過程中機器人偏差的自動糾正，確保任務執(zhí)行的精度和可靠性，以及生產產品的一致性和準確性。設備支持自動切換工序，通過集成多功能工具和自動化流程，機器人可根據(jù)去支撐打磨作業(yè)內容自動快速切換所需工具，提高生產效率和靈活性。全自動執(zhí)行包括角磨機切割、砂輪打磨、鏟錘風鑿刀沖擊和細砂帶打磨等操作，無需人工干預，安全高效地提升生產效率和加工質量。

此外，浙江拓博針對機器人自動去支撐打磨系統(tǒng)的實際需求，在產品設計中加入了諸多有利于操作人員學習、使用及特殊工藝的考量，使機器人更加智能，其主要優(yōu)勢如下：

1. 基于人工智能驅動的平臺軟件：機器人平臺軟件采用人工智能驅動，與現(xiàn)場級設備無縫對接，具備速簡編程、模擬仿真、實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)統(tǒng)計等功能。它可以將任何3D模型轉換為數(shù)字金屬加工配方，提供可重復性、可靠性和可追溯性。友好的定制化中文圖形界面使用戶能快速掌握系統(tǒng)并編寫作業(yè)程序，同時提供更多高級功能和定制化服務，帶來高效的操作體驗。

表 軟件平臺的特色功能

序號	功能	具體描述
1	速簡編程	快速、簡單地編寫任務程序，下發(fā)至現(xiàn)場設備執(zhí)行，滿足多種生產需求。
2	模擬仿真	模擬真實應用場景，對機器人路徑規(guī)劃、工具切換和去支撐打磨作業(yè)進行仿真，確定最優(yōu)作業(yè)路徑，縮短生產工期。
3	實時監(jiān)控	實時監(jiān)控各類工具、機器人設備及生產作業(yè)進展，掌握現(xiàn)場動態(tài)。
4	數(shù)據(jù)統(tǒng)計	統(tǒng)計分析現(xiàn)場設備運行、作業(yè)生產和環(huán)境能耗數(shù)據(jù)，助力精準決策。

2.遠程離線操作支持：設備支持離線編程和仿真，通過自研軟件系統(tǒng)，可提前實現(xiàn)精確的加工路徑規(guī)劃和操作控制。編寫程序后，可將離線運行程序包下發(fā)至現(xiàn)場級設備，現(xiàn)場設備能獨立自主運行，不依賴軟件平臺。對于具有特殊要求的生產環(huán)境，可以充分確保加工數(shù)據(jù)的使用安全。

3.機器人多樣化戰(zhàn)略：系統(tǒng)提供多種品牌（ABB、KUKA、發(fā)那科、安川等）、型號和規(guī)格的機器人，覆蓋各種材質、尺寸、形狀工件的去支撐打磨作業(yè)，滿足各類定制化需求，不同系統(tǒng)的開發(fā)定制可實現(xiàn)客戶現(xiàn)場原有數(shù)字化系統(tǒng)的無縫對接。

4.豐富的工具庫與可擴展性：系統(tǒng)提供智能工具倉庫，擁有豐富的工具選擇，如切割機、角磨機、往復式銼刀、鏟錘風鑿刀、砂輪、磨光機、浮動打磨工具和2D/3D視覺工具等。根據(jù)作業(yè)特點靈活選擇適合的工具，滿足各類去支撐打磨作業(yè)的需求。同時可根據(jù)客戶具體要求，擴展更多工具類型，例如實現(xiàn)如簡易切削、鉆孔、攻絲和基板分離等功能。

5.一站式解決方案：整個系統(tǒng)采用交鑰匙交付模式，客戶團隊無需專業(yè)編程人員，具體操作時通過拖拽方式快速完成機器人去支撐打磨程序開發(fā)，提高工作效率和生產效益。為用戶提供簡單、便捷、高效的系統(tǒng)解決方案，助力用戶實現(xiàn)降本增效。

拓博自動化產品應用效果

隨著越來越多的公司將金屬增材制造工藝應用于生產，對此類解決方案的需求也在不斷增加。浙江拓博致力于集成和實施最先進的自動化硬件和軟件工藝，為客戶提供靈活、多功能且易用的全面解決方案。推出的機器人自動去支撐打磨系統(tǒng)，一經上市并受到眾多從業(yè)者的關注，目前該系列產品工藝已應用于航空航天、醫(yī)療器械和汽車制造等領域。幫助客戶顯著降低生產成本，提高了零件的質量一致性和生產效率。設備的精確控制和高效處理能力，滿足了嚴格的行業(yè)標準和質量要求。

不同行業(yè)的客戶對該系列設備系統(tǒng)給予了高度評價，認為其在生產效率和產品質量上帶來了顯著提升。其系統(tǒng)操作快速、干凈、準確且可重復，使生產過程更加省心省力。自動化去支撐不僅意味著消除了增材制造鏈中最勞動密集型的流程之一，還通過可靠的周轉時間提高了每個零件的生產率。同時，自動校準系統(tǒng)使工程師和技術人員能夠利用現(xiàn)有的知識和直覺快速設置并開始生產運行，減少學習成本。當然，增材制造的后處理是一個及其復雜和多變的過程，新系統(tǒng)的開發(fā)并不能面面俱到的解決不同行業(yè)的各種需求，我們誠邀更多的廠家與客戶聯(lián)系我們，關注、咨詢、試用并購買該系統(tǒng)，與拓博一起不斷優(yōu)化、改進、開發(fā)機器人后處理更多的功能特點、工藝能力與應用場景。

后處理自動化系統(tǒng)的展望

浙江拓博致力于技術的不斷創(chuàng)新和設備工藝能力的不斷優(yōu)化，通過開發(fā)各種類別功能強大、性能優(yōu)越的自動化設備，始終保持在增材制造后處理領域的領先優(yōu)勢。推出的機器人自動去支撐打磨系統(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，并助力生產線智能化升級與客戶的降本增效。未來，自動化技術將實現(xiàn)進一步的功能擴展和靈活應用，以便提升不同行業(yè)、不同客戶在資源管理、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，滿足行業(yè)對更智能、更快速、更可靠制造解決方案的不斷增長需求，從而促使每一個從業(yè)者為更綠色、更可持續(xù)的制造業(yè)發(fā)展做出貢獻。