AES 探索机器人与龙门架在大幅面增材制造中的应用 上海碳材料展

Additive Engineering Solutions 是一家专门在龙门机上 3D 打印超大型部件和工具的公司，现在也使用机器人进行大幅面 AM。以下是机器人的比较

情况。

俄亥俄州阿克伦的 Additive Engineering Solutions (AES) 公司多年来一直专注于大型聚合物复合材料部件的增材制造，现在该公司采用了一种新方法

来 3D 打印这些大型部件。除了现有的机器外，该公司现在还在使用其第一台增材制造机器人。

AES 最新的大型增材制造系统是其首款 AM 机器人

现有的机器都是大型龙门式 3D 打印机，机器的构建区域约为 12×6 英尺。该公司成立之初就致力于开发用于工具的大幅面 AM，并且它继续填补这些

机器的产能和积压订单，这些机器制造复合材料铺层和加工工具、成型和装配工具，甚至预制混凝土工具，以及大型 3D 打印生产部件。现在，用于 

3D 打印的机器人提供了更多同类产能，但其产能在很多方面都有所不同。我从 AES 联合创始人 Austin Schmidt 那里了解到，该团队正在逐渐了解大

型龙门 AM 和机器人上的大型 AM 之间的区别。

施密特说，机器人的一个优势从一开始就很明显，甚至在它开始运行之前。“安装过程完全不同，”他指出。“机器人的安装和使用都更加简单。”

该公司的共同所有人 Austin Schmidt 表示，公司多年来一直在寻找功能更丰富的增材制造系统。该公司拒绝了许多增材制造项目的投标，因为三轴龙

门机床无法生产这种几何形状的产品。

龙门式 3D 打印与机器人 3D 打印：安装、构建速度、范围

安装 AES 所采用的大型龙门式 AM 机器（足够大，可以让人进入）只需几周时间。Schmidt 说，根据机器的大小和复杂程度，一个由三人组成的团队

需要 4-8 周的时间才能完成安装。（如果需要挖掘地面以容纳 Z 轴行程，则安装时间会更长。）他说，AES 已经找到了价格诱人的二手龙门机器，但

由于搬迁和安装成本，不得不放弃购买。相比之下，一个由三人组成的团队仅用了 3 天时间就安装了机器人 AM 系统。

这一优势的意义不仅仅在于初始安装。“作为一种生产资源，机器人的移动性更强，”Schmidt 说。如果产能或工作流程需要，它可以更容易地重新

定位到 AES 工厂的不同部分。与封闭式机器相比，更依赖机器人进行大型 AM 的工厂更能适应随着时间的推移而进行的重组。

相比之下，龙门机的明显优势在于构建速度。机器结构的刚性允许更强大的挤出机承载重量。同时，“机器人的重量受限于其手臂末端可悬挂的重量，

”Schmidt 说。AES 习惯于在其龙门机上以超过 100 磅/小时的速度进行 3D 打印，包括碳纤维增强 Ultem 等高温材料。该机器人太新了，团队还不

知道它可以正常预期的沉积率，但它将是这个数字的一小部分。（Schmidt 指出了一个条件：AES 使用的是 CEAD 最小的机器人模型。更快的沉积速

度需要更大、更强大的机器人系统。）

AES 拥有三台龙门式 AM 机器；图中的机器人位于其中两台机器之间。与这些机器相比，机器人更容易重新定位，从而提供了更具适应性的生产设施。

同时，构建体积是两个平台之间的差异，可以双向发展。对于龙门机，构建体积是一个盒子：易于查看和理解。对于机器人，构建体积不是那样。机

器人可以绕着自己的轮毂旋转，就像人的手臂一样，它的横向伸展越长，伸展得就越短。结果是：“构建体积本质上是一个甜甜圈，”施密特说。想

象一个给定的部件是否适合这个体积，或者如何将它放入这个体积，“可能很难理解。”

Nick Luther 使用 Adaxis 编程软件。该软件的另一个功能是避免在 AM 机器人的复杂构建范围内发生碰撞。

Adaxis 3D 打印软件对于确定如何设计或定位零件以便可以在机器人的工作范围内生产非常有用。

更重要的是，这款软件解锁了施密特所期待的机器人系统最具变革性的可能性：多平面 3D 打印。

多平面 3D 打印是机器人实现的一项功能，AES 还为此使用了编程软件。3D 打印层的角度可以随每一层而变化。这里（从左到右）是 Nick Luther、

我和 Austin Schmidt。

机器人以不同角度进行 3D 打印

使用多平面 3D 打印制作的部件的近视图。层高从高边到短边变化，因此每层都是楔形。此部件和下一张照片中的部件的材料是 Airtech 的 20% 玻璃

填充 ABS。

“多平面”是指机器人可以自由旋转挤出机，因此 3D 打印不必局限于平行平面。Adaxis 中的编程利用了这种自由，提供了沉积路径，在一个区域压

缩材料的层高，在另一个区域延伸，从而允许层与层之间改变角度。（下面的视频讨论了这一点。）这种多平面打印在龙门式机器上充其量是不切实际

的，但它可以打印出龙门架仅在 XYZ 方向上移动时无法实现的形式和特征。

“我们可以在机器人上一次性完成需要在龙门架上多次构建的工作，”Schmidt 说道。更重要的是，“很多部件我们以前没有投标，因为我们无法在

三轴机器上制造它们。”通过在整个构建过程中以不同方向进行 3D 打印，机器人提供了生成形状的方法，而如果在 XYZ 龙门架机器上制造，这些形

状会出现无支撑的悬垂。

使用机器人在倾斜切片平面上进行 3D 打印简化了此工具的创建。倾斜切片可实现一致的双珠壁厚，从而增强强度并确保工具的气密性。

考虑到这一点，AES 不仅增加了机器人和软件。为了发展机器人 AM 方面的专业知识并充分利用机器人带来的几何自由，AES 还聘请了一名新员工：

Nick Luther 将负责运行和掌握 CEAD 系统。AES 非常精简，新产能需要新员工。但就这一产能而言，Schmidt 表示，公司也认识到需要改变思维方

式。Luther 是一名新手，“他还没有根深蒂固地掌握我们的龙门式方法。”

第八届国际碳材料大会暨产业展览会（Carbontech 2024）将于12月5-7日在上海新国际博览中心W1、W2馆盛大举行，本届展会预计展出面积40,00

0m2，汇集超800家全球碳材料产业链上下游厂家。同期举办主题论坛9场，闭门研讨会1场，吸引来自金刚石、超精密加工、石墨烯、碳纳米材料、碳

纤维及其复合材料、碳碳复合材料、新能源碳材料等领域超50,000国内外采购商莅临现场，为全球买家打造一个专业、创新、交流的全产业链合作盛宴。