金属3D打印后处理革新，拓博推出机器人自动去支撑打磨系统

导读：在增材制造技术迅猛发展的浪潮中，制造业正迎来一场革命性的变革。这项技术在航空航天、军工、汽车、医疗、3C电子产品等领域的应用日益广泛，展现出巨大的潜力。然而，当增材制造技术从定制化、小批量的原型制作转向规模生产时，其面临的挑战也随之增加。在原型制作阶段，只需达到“足够好”的标准即可，但用于生产批量化的最终用途零件时，则必须满足高效、准确、可重复性、可靠性和成本效益等诸多要求，这对增材制造的技术工艺能力提出了不小的挑战。

金属增材制造的后处理现状与需求

金属增材制造凭借其数字化生产方式，从模型设计到零件成形几乎全是自动化和数字化的流程。然而，这并不是增材制造产品的最终交付状态，产品交付前还有一段漫长的后处理过程。金属零件的后处理是一个复杂的过程，包括粉末去除、支撑去除、表面处理、热处理和质量检查等。这些任务通常由一线技术工人完成，依赖工人的体力劳动，且手工过程易受人为错误影响，带来了诸多挑战与不稳定因素。例如在航空航天、医疗和3C产品的大规模应用中，手工后处理不够精确且不可重复，导致生产效率低下，表面质量和尺寸精度不一致，甚至产生部件缺陷和返工，影响质量一致性和最终产品的功能和可靠性，并增加了产品交付的成本和时间。

近些年来，各大厂商针对增材技术在设计软件、工艺和材料方面取得了显著进步，但后处理过程仍是增材制造广泛应用的主要障碍和瓶颈。因此，实现后处理的自动化是解决这一瓶颈的关键。然而，当面对金属增材制造零件去除支撑和表面打磨的后处理挑战，行业内几乎没有有效的自动化解决方案，行业对开发和商业化一个可行的、可持续的解决方案需求强烈。

浙江拓博通过深入研究行业中的难点和痛点问题，专注于去除支撑和打磨/抛光的自动化技术难题，以满足行业关键任务的高标准为要求，在国内率先推出了机器人自动去支撑打磨系统，实现了后处理过程中支撑去除、打磨/抛光。该系统结合了工业机器人自动化技术，配备了一系列实用工具、传感器、机器视觉以及先进的软件系统与控制流程。通过不断优化去除支撑和表面打磨的工艺过程，从而提高后处理加工的质量与一致性。通过该系统，制造商可以轻松、精准、高质量地实现自动化金属零件后处理，重新定义了金属增材制造的工艺链。这种自动化去除支撑与打磨/抛光的解决方案可大幅减少传统人工操作后处理过程中的缺陷，且消除了人为风险和可变性，为行业的发展注入了新的活力。

后处理去支撑与打磨的痛点与难点

增材制造过程中，支撑结构用于热传导和防止悬垂几何形状的变形，而去除支撑通常是后处理中劳动量最大的一个环节。据不完全统计，去除金属部件上通道、孔和悬垂等结构支撑，其产生的成本可占总零件成本的25%以上。尤其是在拆卸金属支撑时，这一过程劳动密集、耗时长，并且存在危险。遗憾的是，这种手工方法仍然是大多数金属零件从增材制造系统上卸下后的普遍操作方式。此外，对于大尺寸的实体支撑结构，手工已无法直接去除，需要采用机床切割与手工配合的方式进行去除，工艺复杂，工序耗时。对于不同尺寸零件的各类支撑去除时，连接的薄壁、细微结构可能很脆弱。在人工移除过程中，由于不同钳工工人施加在零件上的外力手法不同，导致零件在移除支撑时会产生断裂或翘曲，带来零件的报废。同时，传统的方法在可重复性、质量控制、按期交付等方面也存在诸多问题。

增材制造的零件相对于切削加工，通常具有较高的表面粗糙度，故需要对表面进行打磨/抛光等工艺处理，该过程通常也是由手工完成，这与去除支撑的环节一样，需要大量手工工具，耗时长，并且存在粉尘和噪音环境，对操作人员的生产安全和职业健康带来挑战。打磨过程中会产生细微的金属颗粒物，且颗粒物的弥散与无组织排放会带来爆炸或环境危害。手工打磨需要严格的环保设施投入，即便如此，也无法完全消除打磨过程中的金属颗粒物以及打磨噪音对操作工人带来的危害。此外，由于增材制造零件表面的变化，手工打磨抛光的效果随时间和工人的不同而变化，导致生产中出现不一致性。同时，不断出现的高硬度、高强度等新型材料工艺，也导致手工打磨等难度急剧增大。

由于金属增材制造后处理过程中的每一个步骤都要求高度的技术技能，同时也引入了人为试错的潜在风险。传统的手工方法使得金属增材制造后处理变得劳动密集，成为生产流程的瓶颈，劳动强度大和交付时间长增加了生产成本，甚至使增材制造的快速成形能力受限。工艺技术人员必须在成形效率和成形精度之间找到微妙的平衡，同时必须权衡产品质量的不同需求，尤其是在去除支撑和表面处理等任务中，例如为了更好的确保零件的成形质量而采用的增加支撑数量、采用实体结构支撑、增大表面余量等工艺技术手段，虽然提高了零件的良率，但直接导致后处理过程的难度增大、效率降低、工人费时费力等，工艺的调整与后处理过程既相互关联又相互制约，往往需要艰难取舍。此外，手动处理零件会增加意外损坏概率，可能导致废品率增加、材料浪费、人员健康受损等问题。这些因素的累积影响使最终产品质量不一致，这可能会破坏金属增材制造零件的可靠性，并限制其在对质量一致性有严格要求行业的推广。

自动化解决方案的优势与必要性

对于增材制造行业的新进入者，通常需要花费数年的时间进行技术及工艺学习。在这段时间内，他们会经历大量的尝试、错误实验和打印失败，这些过程不仅浪费了大量金钱和时间，人员能力的提升也受限于个人学习能力的水平，试错越多并不代表掌握越好。特别是在去除支撑和表面打磨等后处理过程时，需要高度熟练的技术工人，这些技能通常也需要数年才能完全掌握，且不同工人的手法也不可替代。此外，增材制造技术正处于快速发展阶段，具备显著的可扩展性，能够也必将应用于更大批量的零件生产。而当前的后处理手工流程明显限制了行业的产能扩展，因为这些流程面临着高成本、昂贵的材料、繁重的人工工作、低效率的生产，以及设备之间协作不畅、整体质量保障缺乏一致性等问题。这些制约因素共同阻碍了增材制造向汽车、3C等大规模产业化全自动生产线转型的步伐。

在整个金属3D打印制造成本中，人工成本占比甚至高达30%，因此，克服手工过程是实现智能化生产的一大挑战。在此背景下，后处理自动化显得尤为关键，需要更多解决方案为增材制造领域带来创新。浙江拓博推出的机器人自动去支撑打磨系统可与增材制造系统、清粉系统、粉末循环系统等可组成工艺闭环的增材制造数字化流程，是实现增材制造智能工厂的最后一项终端数字化设备。

系统中的机器人结合了先进的编程软件，并配备了专门的工具，可以去除支撑结构，并将表面抛光到所需的水平。自动化的过程可以提高表面质量，确保更严格的尺寸公差，并在不同批次的金属部件之间提供更大的一致性。此外，将机器视觉系统和各类传感器与机器人集成，以执行实时检查，确保零件符合特定的质量标准。在大批量生产时，自动化后处理解决方案还可以显著降低与体力劳动相关的成本，提高后处理环境中的安全性。同时，自动化解决方案本身就具有可扩展性，这是手工劳动所不具备的。这些解决方案可以很容易地适应于处理更大的产量，而不会影响零件的质量或一致性。这使制造商能够在大型项目中充分利用增材制造的优势，并可以消除传统手动后处理的所有瓶颈。

拓博自动化产品功能及优势

浙江拓博推出的机器人自动去支撑打磨系统，集成了专业的工业机器人和丰富的作业工具，结合强大的编程与仿真软件，为金属3D打印零件提供了全套自动化去支撑和打磨解决方案。该系统的主要功能包括：

1.支撑去除：针对不同材料和特征结构，机器人可切换使用切割机、角磨机、铲锤风凿刀等工具，并运用特定的作用力控制算法和扫描系统，充分适应不同材质、尺寸及形状的工件，从而采用不同的去支撑策略。并针对实体、网状、线性等各种类型支撑，使用不同工具与工艺流程进行匹配，实现最大效率的去除工作。此外，控制软件配合自动校准系统可使工程师和技术人员能够快速设置并开始工作，减少学习难度，并保障每次操作的一致性与可靠性。

2.打磨/抛光：设备配备砂轮、磨光机、浮动打磨和偏心打磨等工具，适用于各种金属材料的修整、打磨和抛光。精度检测与3D视觉系统确保零件表面特征的一致性和高质量。通过对不同压力的监测与反馈从而调节打磨工具的具体进程，并针对不同位置、不同结构的打磨难题，进行特殊工艺调整，实时保证过程的稳定性并实现一致的表面光洁度。

3.自动校准、切换与执行：设备具备三坐标测头、3D轮廓扫描仪及配套处理系统，可实现过程中机器人偏差的自动纠正，确保任务执行的精度和可靠性，以及生产产品的一致性和准确性。设备支持自动切换工序，通过集成多功能工具和自动化流程，机器人可根据去支撑打磨作业内容自动快速切换所需工具，提高生产效率和灵活性。全自动执行包括角磨机切割、砂轮打磨、铲锤风凿刀冲击和细砂带打磨等操作，无需人工干预，安全高效地提升生产效率和加工质量。

此外，浙江拓博针对机器人自动去支撑打磨系统的实际需求，在产品设计中加入了诸多有利于操作人员学习、使用及特殊工艺的考量，使机器人更加智能，其主要优势如下：

1. 基于人工智能驱动的平台软件：机器人平台软件采用人工智能驱动，与现场级设备无缝对接，具备速简编程、模拟仿真、实时监控和数据统计等功能。它可以将任何3D模型转换为数字金属加工配方，提供可重复性、可靠性和可追溯性。友好的定制化中文图形界面使用户能快速掌握系统并编写作业程序，同时提供更多高级功能和定制化服务，带来高效的操作体验。

表 软件平台的特色功能

序号	功能	具体描述
1	速简编程	快速、简单地编写任务程序，下发至现场设备执行，满足多种生产需求。
2	模拟仿真	模拟真实应用场景，对机器人路径规划、工具切换和去支撑打磨作业进行仿真，确定最优作业路径，缩短生产工期。
3	实时监控	实时监控各类工具、机器人设备及生产作业进展，掌握现场动态。
4	数据统计	统计分析现场设备运行、作业生产和环境能耗数据，助力精准决策。

2.远程离线操作支持：设备支持离线编程和仿真，通过自研软件系统，可提前实现精确的加工路径规划和操作控制。编写程序后，可将离线运行程序包下发至现场级设备，现场设备能独立自主运行，不依赖软件平台。对于具有特殊要求的生产环境，可以充分确保加工数据的使用安全。

3.机器人多样化战略：系统提供多种品牌（ABB、KUKA、发那科、安川等）、型号和规格的机器人，覆盖各种材质、尺寸、形状工件的去支撑打磨作业，满足各类定制化需求，不同系统的开发定制可实现客户现场原有数字化系统的无缝对接。

4.丰富的工具库与可扩展性：系统提供智能工具仓库，拥有丰富的工具选择，如切割机、角磨机、往复式锉刀、铲锤风凿刀、砂轮、磨光机、浮动打磨工具和2D/3D视觉工具等。根据作业特点灵活选择适合的工具，满足各类去支撑打磨作业的需求。同时可根据客户具体要求，扩展更多工具类型，例如实现如简易切削、钻孔、攻丝和基板分离等功能。

5.一站式解决方案：整个系统采用交钥匙交付模式，客户团队无需专业编程人员，具体操作时通过拖拽方式快速完成机器人去支撑打磨程序开发，提高工作效率和生产效益。为用户提供简单、便捷、高效的系统解决方案，助力用户实现降本增效。

拓博自动化产品应用效果

随着越来越多的公司将金属增材制造工艺应用于生产，对此类解决方案的需求也在不断增加。浙江拓博致力于集成和实施最先进的自动化硬件和软件工艺，为客户提供灵活、多功能且易用的全面解决方案。推出的机器人自动去支撑打磨系统，一经上市并受到众多从业者的关注，目前该系列产品工艺已应用于航空航天、医疗器械和汽车制造等领域。帮助客户显著降低生产成本，提高了零件的质量一致性和生产效率。设备的精确控制和高效处理能力，满足了严格的行业标准和质量要求。

不同行业的客户对该系列设备系统给予了高度评价，认为其在生产效率和产品质量上带来了显著提升。其系统操作快速、干净、准确且可重复，使生产过程更加省心省力。自动化去支撑不仅意味着消除了增材制造链中最劳动密集型的流程之一，还通过可靠的周转时间提高了每个零件的生产率。同时，自动校准系统使工程师和技术人员能够利用现有的知识和直觉快速设置并开始生产运行，减少学习成本。当然，增材制造的后处理是一个及其复杂和多变的过程，新系统的开发并不能面面俱到的解决不同行业的各种需求，我们诚邀更多的厂家与客户联系我们，关注、咨询、试用并购买该系统，与拓博一起不断优化、改进、开发机器人后处理更多的功能特点、工艺能力与应用场景。

后处理自动化系统的展望

浙江拓博致力于技术的不断创新和设备工艺能力的不断优化，通过开发各种类别功能强大、性能优越的自动化设备，始终保持在增材制造后处理领域的领先优势。推出的机器人自动去支撑打磨系统解决了金属3D打印后处理难题，展示了巨大潜力和优势，并助力生产线智能化升级与客户的降本增效。未来，自动化技术将实现进一步的功能扩展和灵活应用，以便提升不同行业、不同客户在资源管理、节能环保、优化材料使用方面的各种需求。这将重新定义制造业未来，满足行业对更智能、更快速、更可靠制造解决方案的不断增长需求，从而促使每一个从业者为更绿色、更可持续的制造业发展做出贡献。