未來的增材製造工廠

機器技術和工廠架構的這種模塊化集成，不僅體現了在互聯網4.0前景中，增材製造所能達到的品質、靈活性和性能新高度，還體現了一種全新的流程組件設計方法，最終將創造出更快、更經濟的工業生產解決方案。

圖片：Concept Laser的未來AM工廠采用AM模塊，最大限度地減少了占地麵積，在可靈活擴展的、高度自動化、集中控製的金屬生產係統中實現了智能而穩健的製造，完全專注於進行中的生產任務。（圖片來源：Concept Laser GmbH）

Concept Laser GmbH（位於德國利希滕費爾斯）的新型機器與工廠體係結構表明，工業4.0的願景已經牢牢地融入了該公司的戰略。AM未來工廠是機器技術的模塊化集成，不僅體現了增材製造中更高品質、靈活性和性能的前景，還體現了一種全新的流程組件設計方法，最終將創造出更快、更經濟的工業生產解決方案。

機器和工廠技術方麵曆來依靠的是“更多的激光源”、“更高的激光功率”、“更快的成型速度”或“更大的成型罩尺寸”，將機器技術作為一個孤島看待，而沒有將其集成到成型任務的各項準備及後續步驟依次推進的整體製造環境中。現在，AM未來工廠的新機器架構則試圖運用各個新的定性側麵來擴大製造中可量化的部分。

“實際上，這涉及將成型任務中的各項準備及後續步驟、增材製造分解成若幹可組合模塊，” Concept Laser研發負責人Florian Bechmann博士解釋說，“憑借更大的成型罩，可縮短成型任務中的時間延遲。目的是大幅度減少先前孤立機器的故障停機時間。在提高產業鏈的附加值水平上存在足夠的潛力。與先前機器概念中的純量化方法形成對照，這是一種全新方法，它將推動工業連續生產邁上一個新台階。

工廠架構

目前，區域3D打印技術中心是作為服務供應商在全球建立的。這一發展是以從原型到渴望在工業水平上的靈活係列生產的轉變為特征的。在這些中心，AM用戶體驗了與傳統製造業同樣的壓力：對空間的需求、擴充機械、增加操作任務，尤其是循環次數。但在AM未來工廠，生產從準備階段就“與機器不掛鉤”。AM生產的時間窗口增加到“24/7水平”，這意味著所有組件都具有更高的可用性。自動化的材料流顯著降低了操作工人的工作負荷。激光熔融機接口被集成到傳統的數控機床技術（比如說，這對於混合部分就十分重要）以及下遊工序（後處理/修整）。

新工廠架構關鍵在於將預生產、生產和後處理分離。這包括靈活的機器加載以及裝配與拆解過程的物理分離。目標是更有針對性地對流程組件與接口進行協調，並提高工藝設計的靈活性，以創建一種集成方法。這也可能通過一致的“裝卸站”和“成型與過程單元”模塊結構，憑借組合和互連，實現相當大的靈活性和可用性。通過對這些模塊有針對性的組合，還能更好、更經濟地處理不同材料。

例如，未來的機器使用者將使用模塊非常精確地定製生產任務以匹配部件幾何外形或材料。整個生產係統的效率和可用性水平將明顯增加，而同時所需空間卻會顯著減少。模擬生產場景表明，所需空間比目前最高可減少85%。此外，每平方米激光功率增加了7倍。“得益於集束激光器技術，成型速度大幅提升，”Bechmann博士指出，“成型罩尺寸也將經曆顯著增長。我們現在想要用集成機器概念，來突出通過工業4.0使增材製造轉變為未來製造策略的可能方式。在提升工業增加值以及增強係列生產的適應性方麵存在著巨大的潛力。

模塊化過程站

所示過程站成型罩為400 x 400 x > 400立方毫米。激光源、工藝氣體管理和過濾技術均被集成於模塊中，而層厚則在常規範圍內。這一機器解決方案還有一個可變焦倍數，可選擇1、2或4個激光光學裝置，激光功率從400 W至1000 W。確保有效冗餘，如果一個激光器失效，其餘三個激光器仍將能覆蓋整個成型台，成型任務仍可完成。“增加激光源數量隻能使預期速度增加到一定程度，”Bechmann博士表示，“但最終也會增加複雜和製約程度，可能導致漏洞，從而使預期的積極作用轉變為消極作用。”

模塊化裝卸站

新裝卸站整合了篩選站和粉末材料管理。不再需要任何容器用於篩選站與機器之間的運輸。拆解、準備下一個成型任務、篩選就在一個自足式係統中進行，無需操作人員進入並接觸粉末。然而，令模塊化裝卸站如此有吸引力的是其特別的配置：一個處理站可與兩個過程站鏈接，構成一個製造單元。工廠構建裝備還支持將多個裝卸站連接起來，構成獨立於過程站的材料製備設施。

模塊的組合

新工廠構建裝備擁有三種在不同高度提供的模塊：過程模塊、計量模塊和溢出模塊。這些模塊之間直接聯係，不使用任何管道或管路，通過RFID接口識別，堪稱不同尋常。它能帶來可靠的材料流、極高的材料吞吐量，以及極大的靈活性，尤其是當需要為成型工藝提供並運送各類不同材料時。“在未來，我們認為AM工廠將會是高度自動化的，”Bechmann博士說，“設想的材料甚至整個模塊均由自動運輸係統運送。這可能成為下一步的研發任務。增材製造可以在最大程度上實現自動化。”

一種新型的兩軸塗布工藝

這種新機器概念包括一種新型兩軸塗層係統，使塗布機的返程與曝露同時進行，從而在塗布工藝中節省大量時間。塗布機刮刀可選用橡膠、鋼或碳等材質，以在成型任務中自動變換。“就這樣，自動化工具轉換係統與數控機床技術一起共同保證了高度的靈活性以及機器設置上的時間優勢，並減少操作人員的人工幹預水平，”Bechmann博士解釋道，“我們在此特地提到了‘穩健生產’。”

轉載請注明出處。