从房屋到火箭：为什么机械臂3D打印如今几乎无处不在

魔猴君  科技前沿   27天前

从多层住宅和全尺寸船体到火箭部件和船用螺旋桨，机器人3D打印（也称为机械臂3D打印或机器人增材制造）正在蓬勃发展。它在材料选择方面几乎不受限制（聚合物、金属、混凝土等），并且可以制造传统3D打印机无法制造的大型复杂零件。

苏黎世联邦理工学院的硕士研究生们使用ABB机械臂上的CEAD E40挤出机，制作了一个色彩缤纷的聚合物悬挂式艺术装置（照片：Lais Hotz）。

机器人手臂3D打印技术因其技术成熟度和工业应用前景而备受关注。在追踪和分析增材制造行业现状的《沃勒斯2025年报告》中，“移动式增材制造机器人的部署正在改变生产格局，与工业4.0智能工厂的目标相契合。未来五年，增材制造行业将在多种机器人技术领域实现显著增长。”

凭借其极高的运动范围，机械臂越来越多地应用于大型项目，例如模具制造、大型原型制作、艺术雕塑、建筑构件、家具，甚至火箭。它为3D打印开辟了全新的设计自由度。机械臂几乎可以从任何角度进行打印，从而实现极其复杂的曲面几何形状。此外，它的打印尺寸也远超普通打印机——可达30米甚至更大！

机械臂比龙门架有优势

Branch Technology与Techmer PM合作，利用KUKA机器人手臂增材制造设备打造大型结构（来源：Branch Technology）

机械臂3D打印机打印的零件通常不需要支撑结构，这进一步提高了设计自由度并节省了材料成本。但这要求结构本身具有支撑能力，这通常会排除悬垂式设计。然而，许多制造商通过允许重新调整打印平台的方向解决了这个问题，从而可以通过将挤出层与底层几何体对齐并利用其作为支撑来创建悬垂结构。

机械臂打印机的另一个独特之处在于，它无需像固定轴打印机那样使用切片软件来创建所需的图层。得益于多轴刀具路径，这些机器使用专门的3D打印软件（见下文）进行编程，该软件类似于传统的机械臂编程软件，但在此基础上增加了一层增材制造特有的逻辑。

总部位于荷兰的Royal3D公司使用CEAD公司的机械臂3D打印系统来制造全尺寸船只以及其他项目（来源：Royal3D）。

机械臂3D打印机的另一个显著特点是它们主要以“自行组装”为主，尽管现成的全套解决方案平台数量也在不断增长。企业通常会单独购买机械臂、挤出单元、软件和其他部件。虽然这可能是一个缺点，但对于许多已经拥有机械臂的工业制造企业而言，能够根据新的用途为其配备新设备，使得这项技术更容易被接受和使用。

The New Raw是一家位于鹿特丹的研究和设计工作室，由建筑师Panos Sakkas和Foteini Setaki于2015年创立，旨在通过设计、机器人和工艺赋予废弃材料新的生命。（来源：The New Raw）

更便宜、更可持续的材料

机械臂3D打印机不使用巨型卷材。相反，它们通常使用颗粒或芯片状的聚合物材料；金属丝或粉末状的金属；以及来自特殊容器的粘土或混凝土类材料。

机械臂如何变身3D打印机

Vertico提供这款带有挤出头的混凝土机器人，适用于工业用途、学术研究和3D打印，并采用轨道式运动（来源：Vertico）。

用于聚合物的机械臂

挤出机机构从中央料斗中吸取塑料颗粒，并根据塑料类型加热，使其达到挤出所需的精确粘度。塑料颗粒广泛应用于注塑成型等各个行业，因此通常比传统挤出式3D打印机中使用的塑料丝材便宜得多。颗粒形式也为混合材料、创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，由于颗粒和碎料通常用于具有更长加热区的大型机器，从而实现更高的材料吞吐量，因此使用颗粒和碎料进行打印的速度也比使用丝材更快。

金属机械臂

机械臂也用于定向能量沉积3D打印（左图来自Additec）和电弧增材制造（右图来自MX3D）。

当然，机械臂3D打印机并非只能打印塑料。然而，使用金属和机械臂进行3D打印通常属于电弧增材制造（WAAM）技术或定向能量沉积技术，我们会在单独的指南中详细介绍，因此这里不再赘述。

用于混凝土的机械臂

机械臂3D打印机也越来越多地用于建筑和设计项目中类似混凝土的材料打印。像Vertico和Twente AM这样的公司提供各种机械臂和混凝土挤出机配置，用于3D打印墙体、长椅、花盆和轻型建筑项目。

编译整理：ALL3DP