機器技術和工廠架構(gòu)的這種模塊化集成，不僅體現(xiàn)了在互聯(lián)網(wǎng)4.0前景中，增材制造所能達到的品質(zhì)、靈活性和性能新高度，還體現(xiàn)了一種全新的流程組件設計方法，最終將創(chuàng)造出更快、更經(jīng)濟的工業(yè)生產(chǎn)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面積，在可靈活擴展的、高度自動化、集中控制的金屬生產(chǎn)系統(tǒng)中實現(xiàn)了智能而穩(wěn)健的制造，完全專注于進行中的生產(chǎn)任務。（圖片來源：Concept Laser GmbH）
Concept Laser GmbH（位于德國利希滕費爾斯）的新型機器與工廠體系結(jié)構(gòu)表明，工業(yè)4.0的愿景已經(jīng)牢牢地融入了該公司的戰(zhàn)略。AM未來工廠是機器技術的模塊化集成，不僅體現(xiàn)了增材制造中更高品質(zhì)、靈活性和性能的前景，還體現(xiàn)了一種全新的流程組件設計方法，最終將創(chuàng)造出更快、更經(jīng)濟的工業(yè)生產(chǎn)解決方案。
機器和工廠技術方面歷來依靠的是“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后續(xù)步驟依次推進的整體制造環(huán)境中?，F(xiàn)在，AM未來工廠的新機器架構(gòu)則試圖運用各個新的定性側(cè)面來擴大制造中可量化的部分。
“實際上，這涉及將成型任務中的各項準備及后續(xù)步驟、增材制造分解成若干可組合模塊，” Concept Laser研發(fā)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(chǎn)業(yè)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(yè)連續(xù)生產(chǎn)邁上一個新臺階。
工廠架構(gòu)
目前，區(qū)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(fā)展是以從原型到渴望在工業(yè)水平上的靈活系列生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變?yōu)樘卣鞯摹Ｔ谶@些中心，AM用戶體驗了與傳統(tǒng)制造業(yè)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(huán)次數(shù)。但在AM未來工廠，生產(chǎn)從準備階段就“與機器不掛鉤”。AM生產(chǎn)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(tǒng)的數(shù)控機床技術（比如說，這對于混合部分就十分重要）以及下游工序（后處理/修整）。
新工廠架構(gòu)關鍵在于將預生產(chǎn)、生產(chǎn)和后處理分離。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(xié)調(diào)，并提高工藝設計的靈活性，以創(chuàng)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(jié)構(gòu)，憑借組合和互連，實現(xiàn)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(jīng)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制生產(chǎn)任務以匹配部件幾何外形或材料。整個生產(chǎn)系統(tǒng)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(chǎn)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。“得益于集束激光器技術，成型速度大幅提升，”Bechmann博士指出，“成型罩尺寸也將經(jīng)歷顯著增長。我們現(xiàn)在想要用集成機器概念，來突出通過工業(yè)4.0使增材制造轉(zhuǎn)變?yōu)槲磥碇圃觳呗缘目赡芊绞?。在提升工業(yè)增加值以及增強系列生產(chǎn)的適應性方面存在著巨大的潛力。
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于模塊中，而層厚則在常規(guī)范圍內(nèi)。這一機器解決方案還有一個可變焦倍數(shù)，可選擇1、2或4個激光光學裝置，激光功率從400 W至1000 W。確保有效冗余，如果一個激光器失效，其余三個激光器仍將能覆蓋整個成型臺，成型任務仍可完成。“增加激光源數(shù)量只能使預期速度增加到一定程度，”Bechmann博士表示，“但最終也會增加復雜和制約程度，可能導致漏洞，從而使預期的積極作用轉(zhuǎn)變?yōu)橄麡O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于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系統(tǒng)中進行，無需操作人員進入并接觸粉末。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(gòu)成一個制造單元。工廠構(gòu)建裝備還支持將多個裝卸站連接起來，構(gòu)成獨立于過程站的材料制備設施。
模塊的組合
新工廠構(gòu)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(lián)系，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并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系統(tǒng)運送。這可能成為下一步的研發(fā)任務。增材制造可以在最大程度上實現(xiàn)自動化。”
一種新型的兩軸涂布工藝
這種新機器概念包括一種新型兩軸涂層系統(tǒng)，使涂布機的返程與曝露同時進行，從而在涂布工藝中節(jié)省大量時間。涂布機刮刀可選用橡膠、鋼或碳等材質(zhì)，以在成型任務中自動變換。“就這樣，自動化工具轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與數(shù)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(yōu)勢，并減少操作人員的人工干預水平，”Bechmann博士解釋道，“我們在此特地提到了‘穩(wěn)健生產(chǎn)’。”
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