近年来，金属3D打印技术在航空航天轻量化复杂件制造和医疗植入物制造等领域已找到了产业化的抓手。随着增材制造越来越多地被用作生产技术而不是原型制作技术，整个增材制造流程中的不同步骤受到了不同程度的挑战。
根据ACAM亚琛增材制造中心，增材制造受制于高成本、高材料价格、高手动工作量、低生产效率、设备之间沟通不畅、端到端的质量保证缺乏一致性等问题。这些制约因素，导致增材制造很难进入到像传统的汽车全自动生产线的形态。
然而，这些挑战也是增材制造产业化前行道路上的“灯塔”，为增材制造向规模化生产升级迭代指明了方向。根据3D科学谷的市场观察，减少手动工作量，提高增材制造全流程的自动化程度，是促进增材制造升级迭代的推动力之一。本期，3D科学谷结合拓博增材推出的自动化金属3D打印粉末处理设备来体会金属粉末闭环管理进步一小步，3D打印-增材制造自动化进步一大步的现实意义，以金属3D打印粉末材料在增材制造流程中的闭环管理为视角，洞悉增材制造自动化程度的发展趋势。
增材工业自动化工厂场景（控制室）
© 拓博增材
当前，金属增材制造流程中，包括加载与更换粉末材料，3D打印零件的后处理，粉末回收等多环节中仍大量依赖人工。对于金属增材制造而言，大多数手动后处理成本特别高：占总处理成本的70％。
金属3D打印粉末材料筛分、换粉、输送、粉末封装等环节如采用人工的方式，将耗费大量人力与时间。这些都是增材制造过程中不容易被看到的隐形成本，但在实际生产中是影响打印效率、交付工期的重要因素。
这些隐形成本可以通过更加便捷、安全的自动化方式而得到减少。
拓博增材通过自动化3D打印粉末处理技术，致力于在增材制造相关环节上提质增效，减少不必要的人力消耗、资源浪费。
l 自动粉末输送筛分循环系统
在成型尺寸较小，工件少量生产时人工操作是可以接受的，但当增材制造-3D打印工件的尺寸变得越来越大，在供给粉末、清粉的过程中不仅要规避粉末爆炸的风险，更大量的金属粉末供给也变得更困难，3D打印后残留粉末的去除与回收，对时间的消耗也很大，这样就影响打印机的利用效率从而增加了制造企业的财务成本。
拓博TVS-Pro20/50全封闭粉末输送筛分循环系统是一种自动化解决方案，在连接3D打印设备后按下按钮即可开始工作，无论是抽粉、送粉、筛分、排杂等工序，皆仅需要单人监控就可以完成操作。通过这一技术，3D打印设备操作人员得以从繁杂的手动作业中解放出来，又能够缩短工时，提升工作效率，也能够避免操作人员直接接触金属粉末而导致健康隐患。
l 大型3D打印工件自动化后处理
最近两年中，航空航天设备中复杂结构件或大型异构件的比例越来越高。与此同时，3D打印大型工件的清粉后处理工作的难度也显著高于小型工件。操作过程中，将面临以下挑战。
首先，由于工件过大过重，仅凭人力移动、转动，存在因操作不当而损坏组件的风险。其次，大型工件内部结构复杂，清粉难度大，人工清粉后处理工作，高度依赖操作员的经验与技能，无法保证各批次工件都能得到统一且彻底的清粉效果。再次，粉末回收也不容忽视。粉末如逸散在空气中不仅污染环境，也影响身体健康。最重要的一点，如无任何防护措施，若金属粉末发生爆炸，往往会造成严重损失。
针对以上市场痛点，拓博增材推出TCB 系列防爆3D打印工件清粉系统，为中大型、复杂金属3D打印工件的残余粉末清除带来了安全防爆的解决方案。TCB系列系统最大可安装的3D打印基板尺寸达850*850*1200mm,负载可达1000千克，惰性气体保护，集吹、吸、振清粉功能与一体。
拓博增材TCB 系列防爆3D打印工件清粉系统
© 拓博增材
基于后处理领先优势
拓博推出增材制造工业自动化方案
目前，拓博增材已形成了完整的金属粉末材料处理解决方案，能够帮助增材制造生产车间开展加粉、混合、干燥、筛分、成型、移缸、搬运、清粉、取件工作。
拓博增材的金属粉末处理解决方案也受到了市场认可。例如，国内某飞机制造商，引入了拓博增材一系列设备，对增材制造生产车间中的活性金属粉尘进行储存、回收、筛分、清理，以及对金属3D打印后工件的打磨、工件内残留粉末的有效清除、粉末罐装。
接下来，拓博增材将充分发挥在增材制造后处理领域的领先优势，将工业机器人与智能制造相融合，完善增材制造工业自动化、增材数字化系统集成等整体解决方案。
增材制造工业自动化工厂场景
© 拓博增材
实现从粉末仓库的取粉—机器人运输粉末—协作机器人加粉—储粉机—粉末混合+干燥—3D打印—筛分—机器人运输工件—拆包—清粉—机器人运输工件入库的全流程无人化操作。
单条生产线增材工业自动化工厂场景
© 拓博增材
对于完善增材工业自动化、增材数字化系统集成等整体解决方案，是将增材制造产业化从理论变为现实的重要一步，将切实解决增材制造中的粉末回收、清粉、搬运等问题，加快增材制造的发展，推动增材制造数字化、智慧化、产业化的发展。
全流程自动化
质量控制、工艺链、硬件的挑战
根据3D科学谷，在分布式制造的基础上，产品生产的单位时间消耗变得无足轻重，1万个分布式制造点生产出单个成品，与1万个成品在1个加工厂制造，其产能一样。而且前者无需仓储、物流的环节。
而如何将设计师、制造企业连接起来，并通过流程管理软件帮助制造企业实现流程层面的“自动化”，这是3D打印市场发展的一大痛点，同时也蕴藏着巨大的机会。
© 3D科学谷白皮书
根据3D科学谷，有了正向设计在价值创造的源头赋能，有了3D打印进入离散化制造所需要的端到端的解决方案的“基础设施”，有了数字孪生、过程中控制等一系列的仿真与机器学习工具，3D打印才能进入到发展的良性上升轨道，插上腾飞的翅膀。
的确，在金属3D打印方面，金属粉末封闭管理的意义不仅仅在于提高了自动化，封闭管理还带来了操作的安全性，并且对操作人员的健康带来了保驾护航的作用，在这个基础上，搭载着通过人工智能、数字孪生技术在3D打印质量控制方面的进步，增材制造的自动化推动的分布式制造模式将成为工业互联网的一种新常态。
知之既深，行之则远。基于全球范围内精湛的制造业专家智囊网络，3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察。有关增材制造领域的更多分析，请关注3D科学谷发布的白皮书系列。
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