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Feb 2024
Meltio 機器手臂 + 金屬 3D 列印
機械手臂3D列印，又稱為機器人3D列印或機械積層製造，結合了一個能夠擠出材料的3D列印噴頭和多軸機械手臂，相較於傳統的3D列印機，這是一種具有高度靈活性的3D列印設備。
機械手臂金屬3D列印由於其廣泛的傳動活動範圍，非常適合大型的模型列印。此外，機械手臂3D列印通常無需支撐，提高了設計自由度並降低了材料成本。在這種方法中，零件設計必須包含支撐結構，通常不適合懸垂的結構設計。
然而，製造商已經找到了解決這個限制的方法，即通過啟用建造平台的重新定位。此功能允許透過將擠出層與底層幾何形狀相互對齊來創建懸垂，有效地將其用作支撐。
機械手臂金屬3D列印提供了眾多好處，儘管如此，了解其局限性也很重要。了解幾何限制、間隙阻礙和尺寸限制將為持續推動產業進步。
通過了解這些限制，使用者在導入機械手臂3D列印時可以更有效地做出決策並應對潛在挑戰。
目錄
當談到機械手臂金屬3D列印時，創造出複雜和精細零件的可能性確實令人驚嘆。此技術的最大優勢是透過工作路徑軌跡的精確控制，以滿足正在列印的幾何形狀的特定需求。
用於金屬3D列印的機械手臂，具有六個自由度（DOF），甚至能再添加結合兩個外部軸，為零件製作提供廣泛的切削解決方案。
機械手臂3D列印方式和移動列印沉積頭的靈活性是傳統3D列印機無法做到的。透過利用額外的自由度，列印機可以更有效地繞過障礙物、懸垂和複雜特徵，提高精度。這種能力對於至今使用傳統製造方法難以製造出複雜的幾何形狀零件打開了新的可能性。
此外，能夠控制列印沉積頭的方向和角度的能力允許每層沉積層的優化和提高結構完整性。此特色讓列印機系統能夠更有效地創建懸垂和沒有支撐的結構，減少過多支撐結構的需求並減少材料浪費。
通過智能調整列印手臂路徑軌跡以因應不同的幾何形狀，機械手臂3D列印機可以製作出更高精度、複雜度和強度的金屬零件。
外部軸的潛在整合進一步擴展了機械手臂金屬3D列印的能力。這些額外的軸可以用於專門獨特的功能，例如在列印過程中旋轉零件或插入外部手臂以保持沉積頭垂直列印，利用重力使著每層沉積材料有效地附著於前一層的材料。
這種靈活性賦予設計師和工程師探索創新切削策略和列印技術的能力，以達到特定應用的期望結果。
機械手臂金屬3D列印以其適應性和靈活性而聞名，能夠創造出各種零件。然而，與任何製造過程一樣，了解隨之而來的限制是很重要的。接下來的內容會針對機械手臂金屬3D列印這項技術涉及的特定考慮因素和挑戰進行分析。
在以下主題中，將會提到對列印零件的幾何構造限制和詳細的指南和建議，以確保在這些限制內可列印成功。
文中還強調了因設備尺寸導致的侷限，教導如何避免沉積頭與列印零件之間的碰撞干涉，並提供有關優化手臂路徑的資訊以減輕損壞風險。
此外，文中還探討在Meltio系統內的列印體積的限制，讓使用者能夠優化其設計並有效地利用可用空間。
Meltio 設計指南提供了DED雷射金屬線沉積技術相關限制的概述。每項限制都需要使用者的特別關注和考量。
最小的壁厚與線徑和材料有關。以1.0毫米直徑的線材來講，最小壁厚建議為2.0毫米。
如果設計模型檔案中有小於2.0毫米的壁厚特徵，則需要修改CAD模型以達到所需的最小壁厚值。這些額外的材料將在後處理製程中去除。
槽寬表示列印時兩個垂直表面之間的最小縫隙。最小建議槽寬為1.2毫米。
使用較大的層高參數列印的零件需要在表面之間增加更大的槽寬分離距離，以避免高層高的表面粗糙度造成槽縫密合。
與槽縫一樣，以非垂直角度列印孔洞需要在兩個表面之間增加額外的分離距離。建議的最小垂直孔直徑為2.0毫米。
使用較大層高列印參數列印的零件需要在表面之間增加較大的分離距離，以避免高層高的表面粗糙度造成孔洞密合。
3.4. 淚滴狀輪廓
與手臂工具頭成方向垂直的孔（例如手臂垂直列印時的水平孔）不能列印正圓形，因為在圓形頂部的懸垂角度非常大而且還會形成橋樑。
將側面圓形構造改為淚滴形狀可將最大懸垂角度減小到可控制的程度。如果水平孔或冷卻通道是不可避免的且無法在後處理中加工，則建議使用此選項。
淚滴形狀保留了通道需求也確保同於圓形流道所提供的持續流動特性。或者，可以將設計的圓形尺寸調整符合內切圓的大小，然後進行加工以實現精度。建議是將懸垂部分相對於水平平面保持在65°或以上的角度。
為機械手臂金屬3D列印修改設計時，必須考量到此技術固有的接近淨型（NNS）結果。因此，設計的零件構造應適當調整以符合此技術的特性。
Meltio的金屬線絲堆焊沉積技術是一種接近淨型技術，因為它打印出的模型，其尺寸和形狀與其最終版本都非常接近。因此，我們必須適當的應用預留厚度，以便能夠在後處理操作後實現完美凈型。
通過添加適當的預留厚度，提供了額外的材料，確保後處理可以進行而不影響零件的最終尺寸。應用預留厚度的過程通常涉及修改零件的原始3D設計圖面，可以使用CAD軟件或其他設計軟體進行調整。如最終的零件表面需求精確度和低粗糙度，則建議添加1.5毫米的額外預留加工量。
在機械手臂金屬3D打印中，材料的選擇在對於可打印性、列印參數、機械性質和後處理要求方面是非常重要的。使用者須仔細考慮材料的特性以及與Meltio技術的兼容性，以實現列印最佳的結果
材料在熔化狀態下可能會有顯著差異，造成打印過程中產生不同的結果。因此，具有特定黏度的材料在液態狀態下成功有效的打印零件，可能在打印黏度較低的金屬材料時會產生不太理想的結果。
目前，Meltio的材料包括經過仔細驗證的各種金屬，確保在打印過程中保持穩定性。
此技術主要的尺寸限制是來自於 Meltio 的沉積噴頭。在某些情況下，我們使用此技術的目的可能是添加材料或修復一個看似簡單但極狹小的區域。
然而，沉積噴頭的實際尺寸對於評估可及性是非常重要的。儘管有著無數變化的干涉可能，它們可被分為不同的類別，我們將在下面的章節中詳細說明。
目前，機器手臂整合3D列印的製程在打印橋樑或封閉圓形球體時會遇到很多挑戰，主要是因為沉積噴與先前已打印的物件會有互相干涉碰撞的風險。
建議的解決方案包括重新設計零件以包含可打印的懸臂。除此之外，打印橋樑也是一種可行方式，可視為雙懸臂，包括分別打印橋樑的兩端，然後通過焊接將它們連接起來。
噴頭和潛在障礙物之間的安全距離為150.0毫米，以確保手臂噴頭不會與其路徑上的任何東西發生干涉碰撞。有時可能需要建造一個夾具，將零件高度增高到最小安全間隙距離之上。最後還需要考慮噴嘴尖端和噴頭外緣之間的軸向距離。
干涉的另一種狀況是打印過程中使用的夾具和列印零件之間的交互作用。這些干涉碰撞可能以各種方式發生，但最常見的情況是當手臂噴頭方向超出其極限並與零件碰撞。
機器手臂程式編輯是以保持最佳的打印路徑而設計的，確保噴嘴與每一個打印層的點保持垂直。然而，如果噴頭的角度傾斜過度，可能就會導致干涉碰撞。
為了解決這些潛在問題，傾斜角度通常會受到限制以確保列印噴頭與正在打印的零件之間保持安全距離，避免碰撞。
另一方面，我們也需要避免列印噴頭和機器手臂本身之間的潛在干涉問題，可能是由於噴頭與機械手臂重新校正對齊而導致噴頭過度傾斜，最終導致兩者碰撞。這個問題可以透過前面提到的類似方法來解決，例如修改噴頭方向或進行必要的調整以防止類似的接觸情形發生。
最後一種干涉情形為機器手臂和外部軸（稱為定位器）之間的交互作用。在這些情況下，機械手臂和定位器是整合合一的系統，因此，對定位器軸方向的任何改變都會直接影響到機械手臂運行的方向。
這可能會需要做非常有挑戰性的重新定位校正，也難以預防可能會發生地干涉碰撞問題。因此，我們建議進行動作運行的模擬測試，以確保安全的操作。
此外，還需要考量機器手臂程序的起始目標位置（原點）和結束目標的之間的動作。通常，這些動作是通過操縱各個軸來執行的，促使它們按最短的路徑移動。
這可能導致在零件附近發生突然重新定位動作，從而造成潛在的碰撞風險。而且，如果路徑包括定位器的返回移動，不尋常的方向變化可能會進一步增加造成碰撞風險。
機械手臂金屬3D打印的一個關鍵優勢是其打印的自由度，能夠使用最小量的支撐。進而生成可用來列印復雜幾何形狀零列印路徑。儘管如此，仍有許多時候是需要評估是否要使用支撐或修改列印路徑來應對這些複雜的零件設計與製造。
在某些情況下，添加一小部分的額外材料再經過後加工處理可能會比試圖改變列印路徑來應付高度復雜的幾何形狀零件更有利。這種方法可以防止如果未精確定義路徑和列印參數可能引起的潛在不穩定問題。通過策略性地添加後期可加工掉的額外材料，可以優化整個打印過程以實現穩定性和打印效率。
需要注意的是，是否添加支撐的決定取決於所選擇的列印路徑生成策略。無論採用何種策略，所有支撐必須在切層過程中通過對零件表面進行補償，除了管道或旋轉表面之外。
在列印體積方面，唯一的限制是機械手臂的工作範圍。Meltio 的沉積噴頭是一個靈活且獨立的工具，可以與各種機器手臂品牌進行搭配整合。這種整合技術確保機械手臂本身就決定打印體積，消除了其它對於尺寸上的額外限制。
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