新一代增材制造 : 金属3D打印批量生产全自动化试点取得全面成功
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自2017年5月以来，EOS联合戴姆勒汽车、Premium Aerotec（飞机零配件制造商）发起名为“NextGenAM”的新一代增材制造试验性生产线项目，旨在探索金属3D打印在批量生产中的自动化潜力。今年5月，该项目成功完成。本期，3D打印技术参考对该项目进行阐释。
▌无人干预，全自动化的生产线
该项目的实施基于一个复杂、可扩展的增材制造生产线，从数据准备到打印直至热处理、线切割、后处理以及质量检测等过程全部实现自动化，无需人工干预。
生产线的核心是用于金属工业3D打印的四激光EOS M 400-4系统，它与EOS其他外围设备如粉末站和拆包站等配合使用。无人驾驶运输系统和机器人确保零件在整条生产线间流动。无论实际生产过程如何，它们都可以执行单独的操作，如为新订单进行打印准备、已完成的部分进行拆包、线切割完成的零件进行机械加工等等。零件在不同站点间的流动时，在必须的环节都会有惰性气体的保护。
自动化生产线包括：线切割设备、Kuka机器人、几何光学测量站、控制单元、拆包站、运输车辆，EOS M 400-4等等
EOS粉末站与M 400-4打印机
零件打印完成后的操作在很大程度上实现了自动化：机器人从打印机中取出构建板和零件后送其进行热处理；随后，这台机器人还会运送它进行精度和质量检测，最后进行零件和构建平台的分离。所有这些过程都是由中央控制站进行管理。
零件在机器人运送下执行去应力、光学检测和线切割
▌所有机器的网络化
零件的整个生产和处理过程无需人工干预，全部由中央自动控制站发出命令并控制。该生产管理系统的最大挑战在于软件开发，它负责打印机、机器人、后处理设备以及自动运输系统间的交互，并涉及错误消除，确保所有系统的一致性。自动化实现的基础是所有机器的网络化。
事实上，参与该项目的三家公司遇到的第一个挑战就是协调问题。对于应用型公司来说，其对未来系统的定位在于产品的应用，而EOS则更注重设备销售，这造成在一些接口权限上的限制。为推进项目，EOS需要对不同的市场需求开放不同的权限。
在生产过程中，订单数据被传送到控制站，控制站会按照优先级处理订单并将它们分配给增材制造系统。在生产过程中，也可以从任何位置调出生产状态。整个生产过程完成后，质量报告将被发送回中央控制站，它提供了零件在生产过程中的所有数据，全面实现可追溯性。
▌容量可随意扩展
集成质量管理的连续3D数据链使该生产系统成为未来工业4.0基准的首批案例之一。制造过程是完全可扩展的：生产线可被轻松复制，以扩大工厂的产能。随着这一数字的上升，未来有望进一步大幅节省开支。如今，试点设备已经能够实现零部件的自动化生产并达到批量生产的质量标准。
戴姆勒公司所需的零部件已经由Premium AEROTEC新技术生产线所制造，后者生产的卡车柴油发动机支架已经作为戴姆勒卡车部门的第一批更换用零件。
Premium AEROTEC为戴姆勒生产的
卡车柴油发动机支架
▌以高产品质量为标准
高产品质量是中试工厂的标准要求，在该项目中，航空航天零件使用高强度铝镁钪合金，汽车零件使用传统铝合金（AlSi10Mg），这些材料的特性在试点项目中不断得到改进，与两年前开始合作相比，材料强度和表面质量显著提高。
▌项目成果与愿景
NextGenAM项目的成功提供了一个非常明确的信号，金属3D打印完全可以自动化的实现经济、高效的批量生产，同时也证明了数字化制造的可行性；就Premium AEROTEC的整体生产流程而言，与现有的3D打印制造相比，全自动化使制造成本降低了50%。
目前所有质量检查都已通过并且结果令人满意，同时这一项目正在根据行业标准为审查做准备，这也是戴姆勒选择3D打印供应商为其提供零部件批量化生产的先决条件之一。未来，整个增材制造生产链的自动化将更加完善，批量化生产将成为可能，通过增材制造生产的零件在可靠性、功能性、耐用性和经济性方面将与传统生产的组件相同。
新车组件在设计阶段依据3D打印规则进行优化，可以带来更多成本优势；同时，3D打印轻量化制造也更加符合电动汽车的设计要求。对于备件生产，3D打印“按需”制造的特点将节省大量仓储成本。
END
关于项目合作，Premium AEROTEC是世界上第一家为空客飞机批量生产3D打印部件的制造商，在联合项目中负责整个生产过程；EOS是金属和高分子材料工业3D打印的全球技术领导者，负责提供所有3D打印技术和相关软件解决方案，以及连接和管理生产线的控制中心；戴姆勒为该项目贡献了大规模批量化生产经验，同时还针对批量生产的相关标准进行监控验证和认证。
3D打印作为一种补充性、多功能且相对新型的制造手段，正在汽车和航空航天领域获得进一步发展。如果抛开自动化谈金属3D打印的制造过程，很难界定它是否仍然属于劳动密集型技术，在当前的3D打印生产模式下，人发挥的作用至关重要，有些工作也是非人力所不能及。全流程的自动化不仅仅意味着控制系统的成熟，更在于它可能解决了一些类似工艺规划、打印失败等关键问题的处理能力。
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原文始发于微信公众号（3D打印技术参考）：新一代增材制造 : 金属3D打印批量生产全自动化试点取得全面成功