關于“送粉”和“送絲”的增材制造工藝，我們通常的印象是大型的工業(yè)級制造設備，而且這些設備通常非常昂貴，其加工尺寸受到設備本身的限制。那么有沒有一種新的途徑，可以讓加工尺寸本身突破限制，但又可以一定程度上保證加工精度與質量？

根據3D科學谷的市場觀察，機械臂與定向能量沉積增材制造工藝的集成，是突破加工尺寸限制，制造復雜金屬零部件的新途徑之一。日前，Meltio公司揭示了一種通過這一途徑來實現(xiàn)金屬增材制造的技術，并透露了其對于中國市場的計劃。

MELTIO

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無固有尺寸限制

Meltio向市場上提供三種形式的激光沉積增材制造技術。一種是基于該技術的小型工業(yè)金屬3D打印設備，另外兩種分別是可集成到CNC 機床與可集成到機械臂中的“Meltio引擎”激光沉積增材制造模塊。

Meltio采用的定向能量沉積工藝主要是金屬線材激光金屬沉積技術（LMD），也可以實現(xiàn)金屬粉末的沉積。模塊化的增材制造系統(tǒng)利用多個高功率激光器將金屬線材直接熔化到下方的基材上，從而形成完全致密的金屬零件。多個激光器的優(yōu)勢是使得系統(tǒng)擁有可擴展的激光功率。

/靈活的尺寸與材料沉積方向

“Meltio引擎”增材制造系統(tǒng)非常緊湊，可以與機械臂集成在一起，如果配置上額外的軸定位器，將能夠進行多軸聯(lián)動，使得零件的多個方向都可以實現(xiàn)垂直的材料沉積，從而為零件提供更好的表面質量，并為同一零件提供多種解決方案。

集成到機械臂的“Meltio引擎”增材制造模塊在進行金屬零件增材制造時，并沒有固有的尺寸限制，其工作范圍僅受到機械臂動系統(tǒng)的限制，并且能夠與市場上的任何機械臂制造商和接口集成，尤其適合制造大型、復雜的3D打印金屬零件，或者進行零件修復、涂層。

/靈活的雙材料組合

在材料方面，Meltio 引擎增材制造系統(tǒng)有兩個特點。一是可以同時使用金屬絲和粉末進行打印，Meltio 公司從事材料研究的大學用戶，對這一功能進行了探索。第二個特點，在升級的配置中，一個Meltio 引擎可配置雙線材選項，通過快速線切換同時 3D 打印兩種線材。

▲用于覆硬層或耐腐蝕層的雙金屬線材3D打?。换虼蛴〗饘倬€材與粉末，實現(xiàn)動態(tài)創(chuàng)建新合金。

MELTIO

Meltio 引擎增材制造模塊采用開放材料系統(tǒng)，可用材料包括不銹鋼、低碳鋼、碳鋼、鈦合金和鉻鎳鐵合金，目前銅金屬材料的應用正在開發(fā)中。

/應用探索

Meltio 公司目前正在大力拓展其Meltio 引擎增材制造模塊的應用。3D科學谷將介紹其中三種316L 不銹鋼材料的應用，這些應用體現(xiàn)了該技術的寬工藝窗口。

葉盤

00:00/00:00倍速

葉盤

五葉螺旋槳

增材制造的五葉螺旋槳用于中型船舶。在傳統(tǒng)加工中，零件在鑄造后會進行機加工和拋光步驟，以滿足船舶工業(yè)的要求。Meltio增材制造模塊則是直接進行近凈形成型，然后再進行拋光后處理，免去了許多反復的加工流程。

尺寸：600 mm, 250 mm

重量：12.1kg

層厚：0.6-1.2 mm

材料：316L不銹鋼

增材制造技術：Meltio 機械臂集成模塊

后處理：拋光

應用激光沉積增材制造技術的驅動因素包括：制造時間、零件的復雜度，以及成本。根據Meltio，該零件3D打印時間為43小時40分鐘，打印成本為：189.71歐元（加工中使用了液化氣體）。

螺旋線圈

螺旋線圈3D打印樣件的獨特之處在于非平面切片，優(yōu)化了單個層中每個點的厚度。這種切片方法適用于許多復雜的幾何圖形。

尺寸: 管道60 mm , 354 x 376 x 525 mm

重量: 3.56 kg

材料：316L不銹鋼

保護氣體：氬氣

層厚：0.4 - 0.8 mm

增材制造技術：Meltio 機械臂集成模塊

后處理：拋光

該零件的增材制造應用驅動因素包括：復雜結構、批量少、難加工。

在市場方面，Meltio 正在探索在航空航天、能源、醫(yī)療、電子、汽車等各領域的可能性。他們計劃2022年在全球開設4-5個展廳，并建立在這些區(qū)域的銷售渠道，其中包括中國市場。

/“擁抱” 金屬增材制造技術的工業(yè)機器人企業(yè)

根據3D科學谷的市場觀察，著名工業(yè)機器人制造商庫卡，也在積極的探索機械臂與定向能量沉積增材制造集成技術。

庫卡與Fraunhofer ILT弗勞恩霍夫激光研究所有一個合作項目-ProLMD

，證明了機器人+粉末材料激光沉積/金屬絲激光沉積的可行性。由Fraunhofer ILT 研究所開發(fā)的增材制造技術采用模塊化設計，可以經濟高效的集成到企業(yè)現(xiàn)有的帶機械臂的生產線中。

▲帶有LMD處理頭和集成線激光掃描儀的機器人系統(tǒng)，該機器人幾乎可以不受任何限制地加工并實現(xiàn)復雜的幾何形狀。

Fraunhofer ILT

在ProLMD項目中，合作方通過Fraunhofer ILT 研究所加深了對粉末材料激光沉積和金屬絲激光沉積工藝的科學理解，并對熔覆裝置進行了必要的改進。在工業(yè)制造環(huán)境中，需要在受控氣氛中通過機器人進行熔覆作業(yè)，并通過非接觸式測量技術以確保質量。Fraunhofer ILT在加工工藝和質量控制方面具備深厚的開發(fā)經驗，從而開發(fā)出模塊化解決方案。這是專門針對中型公司而設計的，使得增材制造過程的可用性和易于處理方面提升了一大步。

▲Fraunhofer開發(fā)的模塊化激光金屬沉積技術。

Fraunhofer ILT

庫卡將增材制造視為目標市場，正在嘗試為其機器人技術樹立新標準。庫卡希望使的整個增材制造解決方案更便宜，并開發(fā)標準化的機器人單元。目前，庫卡打造了完整的基于機械臂的增材制造系統(tǒng)，庫卡機器人+激光沉積技術的解決方案有望成為一種更為經濟的增材制造解決方案。

2020年，全球每萬名制造業(yè)勞動人口平均使用126個機器人，同比與2015年的數(shù)據，66個/每萬人勞動人口，提升了兩倍。而中國工業(yè)機器人密度，從2015年的49臺每萬人，增長至246臺每萬人[1]。在制造業(yè)工業(yè)機器人蓬勃發(fā)展的趨勢下，將激光沉積模塊與機械臂相集成的增材制造方式，為增材制造-3D打印技術在生產中的應用帶來廣闊的想象空間。

參考資料：

[1]國際機器人聯(lián)合會（IFR).《世界機器人2021工業(yè)機器人》