無支承結構的 3D 金屬打印

HS Automation 與 KUKA 合作開發出一款用于金屬增材制造的激光工作單元。采用 KR IONTEC 的激光焊接工藝可使復雜的金屬工件生產不僅經濟高效，而且節約材料。

KUKA 機器人為復雜結構的金屬增材制造帶來革命性的創新技術

金屬工業面臨的挑戰日益嚴峻：借助模塊化自動化單元中的新型 3D 金屬打印，HS Automation 與 KUKA 樹立了新標桿。3D 金屬打印激光工作單元將 KR IONTEC 系列的機器人與翻轉臺結合在一起，該翻轉臺根據工件規格與機器人小臂同步移動。Meltio 打印頭末端的六個焊接激光器將送入的焊絲精確地熔化到基材或產生的工件上。成品工件不需要任何或僅需要極少的修整。通過共同努力，系統開發人員通過優化設計實現了更少的廢料和更低的制造成本。該技術可生產不銹鋼、鈦、鉻鎳鐵合金和結構鋼等材料的工具、工件和自由形狀。據專家稱，銅金屬的 3D 打印也同樣指日可待。

這也使得仿生結構和復雜結構的 3D 打印（如在輕型結構和原型結構中使用的結構）成為可能。中小企業可從快速的備件生產以及節能節材中獲益。創新型軟件解決方案的使用（例如 KUKA.CNC）使該技術對中小企業更具吸引力。由于采用 KUKA.CNC，可以直接運行之前通過 CAD 軟件或 CAM 系統設計的結構程序，而無需將 CAD 文件轉換為 KUKA Robot Language (KRL)（KUKA 機器人編程語言）。

自動化服務提供商 HS Automation 公司總部位于德國巴登-符騰堡州弗林根 (Vöhringen)，自 2017 年以來一直與 KUKA 合作。

3D 金屬打印技術如何與 KUKA 機器人配合使用？

在金屬增材制造領域中，創新每時每刻都在涌現。目標是從批量 1 開始經濟高效地生產，以減少物料消耗，同時縮短修整時間。自動化專家 HS Automation 通過 3D 激光焊接單元滿足金屬工業現代制造的這些要求。3D 打印機將材料一層一層地焊接到工件架上。

與激光燒結技術不同，工件架不會下降，而是機器人小臂與其上面安裝工件架的翻轉臺同步移動激光器。同樣由 KUKA 開發的 DKP-400 V2 可對工件進行定位，以便打印頭能夠在正確的位置處焊接新材料。預先設計的 3D 對象一層一層地增長。傳統 3D 金屬打印中常見的支承結構已經淘汰，其他 3D 激光打印機或激光熔覆所需的粉末管理也是如此。另一個區別是所生產工件的尺寸：傳統應用的尺寸有限，約為 50 x 50 cm。HS Automation 的工藝還可以承擔大型工件的制造。

3D 金屬打印的機遇和可能性

“借助機器人解決方案，我們極大地拓展了制造的可能性。”HS Automation 總經理兼商務經理 Rolf Steidinger 在談到 3D 金屬打印機的潛力時說道。這一工藝方法解決了備件等問題，因為不再供應的工件可以由客戶自己生產。

當一個零件不能用傳統方法制造時，這種設備就變得必不可少。

Rolf Steidinger，HS Automation 總經理

對于可以通過傳統方式生產的工件，這種工藝因其成本降低和生產率提高四倍而脫穎而出。相比從整塊金屬進行的修磨或車削，激光金屬熔覆焊減少了物料消耗量和修整時間。物料的節約潛力高達 98%。這些優勢尤其在工具制造、特種設備制造或原型機制造上得到了充分證明。流體優化工件（例如風力發電設備）的制造、測試和優化速度大大加快。

總經理兼商務經理 Rolf Steidinger 看到了 3D 金屬打印技術所蘊含的巨大潛力。

金屬增材制造的優勢

機器人、翻轉臺和激光打印頭的創新組合為 3D 金屬打印樹立了新標準。

很大的設計自由度

增材金屬制造尤其適合需要復雜結構或雙壁對象的地方。
優異的微觀結構

3D 金屬打印機可打印壁厚為 2 mm 的對象。該設備還生產金屬或合金制成的實心材料工件。
經濟高效且可持續性

與傳統制造相比，該工藝方法的生產率提高了四倍，成本節省了 90%，令人印象深刻。
高效使用物料

與銑削相比，金屬廢料大大減少。3D 打印無需支承結構或金屬粉末即可工作。

用于 3D 金屬打印的機器人在尺寸為 5 x 4 x 4 米的激光工作單元中工作。

面向未來行業的 3D 金屬打印技術：電動汽車和醫療技術

機器人引導的激光3D 金屬打印技術將眾所周知的金屬打印應用推向更高水平。例如，機器人系統能夠生產出雙壁對象，如帶有內部冷卻通道的工件。打印頭配備了六個 200 瓦激光器，不僅可以處理單一物料打印，還可以在一個打印工件上處理兩種不同的金屬材料。

“幾乎任何材料都可以加工：不銹鋼、鈦、工具鋼、鎳合金。我們的激光器合作伙伴 Meltio 目前正在致力于打印銅金屬。這意味著它在電動汽車項目中的應用現已觸手可及?！盡arc Steidinger 預測道。

總經理 Marc Steidinger（左）與員工 Lukas Nill 一起檢查 3D 金屬打印的質量。

負責該項目技術管理的 HS Automation 總經理認為該項目的應用領域主要是備件生產、系列開發和醫療技術。在原型結構中，打印參數可靈活地進行調整，因此用戶可從中受益。未來，由于采用 3D 金屬打印，由鈦和其他醫療植入物制成的人工膝關節將根據患者的情況進行個性化調整。

利用協同效應：自 2017 年以來，HS Automation 一直是 KUKA 系統合作伙伴

HS Automation 擁有大約 20 名員工，其目標是讓自動化技術能夠為其他中小企業 (SME) 在生產中所用。Rolf Steidinger 將該公司視為一家更高效、更可持續的德國中小企業的合作伙伴：“24 年來，我們一直在為一些客戶提供自動化生產支持。我們共同不斷開發面向未來的解決方案，引領技術前沿?！?/p>

作為自 2017 年以來業已存在的 KUKA 系統合作伙伴關系的一部分，兩家公司以面向解決方案和盈利的方式利用彼此的優勢：直接應對實際挑戰、特定行業的專業知識、KUKA Robotic Republic 的工具和高水平的應用經驗。HS Automation 的專家設計和建造整套生產線，從機床上料、尺寸和坯料輸送到自動鋸切，再到旋緊或釘釘。但您也可以實施單個項目，例如點焊單元。在投入運行之前，HS Automation 還使用 KUKA.Sim 等 KUKA 產品，以確保項目成功。專家們利用它提前規劃空間尺寸、運動半徑和系統的安全區域。