從多層住宅和全尺寸船體到火箭部件和船用螺旋槳，機器人3D打印（也稱為機械臂3D打印或機器人增材制造）正在蓬勃發(fā)展。它在材料選擇方面幾乎不受限制（聚合物、金屬、混凝土等），并且可以制造傳統(tǒng)3D打印機無法制造的大型復(fù)雜零件。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的碩士研究生們使用ABB機械臂上的CEAD E40擠出機，制作了一個色彩繽紛的聚合物懸掛式藝術(shù)裝置（照片：Lais Hotz）。

機器人手臂3D打印技術(shù)因其技術(shù)成熟度和工業(yè)應(yīng)用前景而備受關(guān)注。在追蹤和分析增材制造行業(yè)現(xiàn)狀的《沃勒斯2025年報告》中，“移動式增材制造機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)相契合。未來五年，增材制造行業(yè)將在多種機器人技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)顯著增長。”

憑借其極高的運動范圍，機械臂越來越多地應(yīng)用于大型項目，例如模具制造、大型原型制作、藝術(shù)雕塑、建筑構(gòu)件、家具，甚至火箭。它為3D打印開辟了全新的設(shè)計自由度。機械臂幾乎可以從任何角度進行打印，從而實現(xiàn)極其復(fù)雜的曲面幾何形狀。此外，它的打印尺寸也遠超普通打印機——可達30米甚至更大！

機械臂比龍門架有優(yōu)勢

Branch Technology與Techmer PM合作，利用KUKA機器人手臂增材制造設(shè)備打造大型結(jié)構(gòu)（來源：Branch Technology）

機械臂3D打印機打印的零件通常不需要支撐結(jié)構(gòu)，這進一步提高了設(shè)計自由度并節(jié)省了材料成本。但這要求結(jié)構(gòu)本身具有支撐能力，這通常會排除懸垂式設(shè)計。然而，許多制造商通過允許重新調(diào)整打印平臺的方向解決了這個問題，從而可以通過將擠出層與底層幾何體對齊并利用其作為支撐來創(chuàng)建懸垂結(jié)構(gòu)。

機械臂打印機的另一個獨特之處在于，它無需像固定軸打印機那樣使用切片軟件來創(chuàng)建所需的圖層。得益于多軸刀具路徑，這些機器使用專門的3D打印軟件（見下文）進行編程，該軟件類似于傳統(tǒng)的機械臂編程軟件，但在此基礎(chǔ)上增加了一層增材制造特有的邏輯。

總部位于荷蘭的Royal3D公司使用CEAD公司的機械臂3D打印系統(tǒng)來制造全尺寸船只以及其他項目（來源：Royal3D）。

機械臂3D打印機的另一個顯著特點是它們主要以“自行組裝”為主，盡管現(xiàn)成的全套解決方案平臺數(shù)量也在不斷增長。企業(yè)通常會單獨購買機械臂、擠出單元、軟件和其他部件。雖然這可能是一個缺點，但對于許多已經(jīng)擁有機械臂的工業(yè)制造企業(yè)而言，能夠根據(jù)新的用途為其配備新設(shè)備，使得這項技術(shù)更容易被接受和使用。

The New Raw是一家位于鹿特丹的研究和設(shè)計工作室，由建筑師Panos Sakkas和Foteini Setaki于2015年創(chuàng)立，旨在通過設(shè)計、機器人和工藝賦予廢棄材料新的生命。（來源：The New Raw）

更便宜、更可持續(xù)的材料

機械臂3D打印機不使用巨型卷材。相反，它們通常使用顆粒或芯片狀的聚合物材料；金屬絲或粉末狀的金屬；以及來自特殊容器的粘土或混凝土類材料。

機械臂如何變身3D打印機

Vertico提供這款帶有擠出頭的混凝土機器人，適用于工業(yè)用途、學(xué)術(shù)研究和3D打印，并采用軌道式運動（來源：Vertico）。

用于聚合物的機械臂

擠出機機構(gòu)從中央料斗中吸取塑料顆粒，并根據(jù)塑料類型加熱，使其達到擠出所需的精確粘度。塑料顆粒廣泛應(yīng)用于注塑成型等各個行業(yè)，因此通常比傳統(tǒng)擠出式3D打印機中使用的塑料絲材便宜得多。顆粒形式也為混合材料、創(chuàng)建定制配方以及使用回收的碎塑料提供了更多可能性。此外，由于顆粒和碎料通常用于具有更長加熱區(qū)的大型機器，從而實現(xiàn)更高的材料吞吐量，因此使用顆粒和碎料進行打印的速度也比使用絲材更快。

金屬機械臂

機械臂也用于定向能量沉積3D打?。ㄗ髨D來自Additec）和電弧增材制造（右圖來自MX3D）。

當(dāng)然，機械臂3D打印機并非只能打印塑料。然而，使用金屬和機械臂進行3D打印通常屬于電弧增材制造（WAAM）技術(shù)或定向能量沉積技術(shù)，我們會在單獨的指南中詳細介紹，因此這里不再贅述。

用于混凝土的機械臂

機械臂3D打印機也越來越多地用于建筑和設(shè)計項目中類似混凝土的材料打印。像Vertico和Twente AM這樣的公司提供各種機械臂和混凝土擠出機配置，用于3D打印墻體、長椅、花盆和輕型建筑項目。

編譯整理：ALL3DP