從機器人“會運動”到“會制造”，工業(yè)軟件成為機器人3D打印產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵

近年來，3D打印技術(shù)正在從消費級產(chǎn)品制造，快速向工業(yè)制造領(lǐng)域縱深發(fā)展。如果說桌面級3D打印解決的是“小尺寸、快速成型”的需求，那么機器人3D打印正在探索的是“大尺寸、高復雜度、高性能材料制造”的未來。航空航天結(jié)構(gòu)件、汽車輕量化部件、大型建筑構(gòu)件、碳纖維復合材料零件，越來越多傳統(tǒng)制造難以實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，正在通過機器人增材制造技術(shù)成為可能。在這一過程中，工業(yè)機器人憑借多自由度、高柔性以及大工作空間優(yōu)勢，成為大尺寸3D打印的重要執(zhí)行平臺。但機器人3D打印真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，并不僅僅依靠機器人本體。從技術(shù)架構(gòu)來看，機器人3D打印主要包含三個核心環(huán)節(jié)：

機器人硬件平臺：負責空間運動和制造執(zhí)行；

控制系統(tǒng)：負責機器人運動控制；

機器人離線編程與增材制造軟件：負責模型解析、路徑規(guī)劃、運動優(yōu)化以及工藝控制。

其中，工業(yè)軟件正在成為機器人3D打印從“實驗室驗證”走向“產(chǎn)業(yè)應用”的核心基礎(chǔ)。傳統(tǒng)機器人編程方式高度依賴工程師現(xiàn)場示教，而面對3D打印這種連續(xù)軌跡、多軸聯(lián)動、復雜曲面的制造場景，傳統(tǒng)方法已經(jīng)難以滿足快速開發(fā)和柔性生產(chǎn)需求。因此，機器人離線編程軟件正在成為機器人智能制造體系中的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。作為國內(nèi)工業(yè)機器人軟件企業(yè)，南京越擎信息科技有限公司推出的 iRobotCAM具身智能機器人設(shè)計與離線編程軟件，正是圍繞具身智能機器人設(shè)計、離線編程以及虛擬調(diào)試構(gòu)建的一體化工業(yè)軟件平臺。

近日，我們采訪越擎科技創(chuàng)始人唐懷磊先生，深入探討機器人3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，以及工業(yè)軟件如何推動大尺寸增材制造快速落地。

主持人：首先，請介紹一下越擎科技以及iRobotCAM的發(fā)展定位。

唐懷磊：南京越擎信息科技有限公司是一家專注機器人工業(yè)軟件研發(fā)的企業(yè)，核心產(chǎn)品iRobotCAM定位是一款具身智能設(shè)計與離線編程仿真平臺，同時覆蓋具向智能設(shè)計，機器人離線編程、虛擬調(diào)試等應用方向。目前，工業(yè)機器人應用正在從傳統(tǒng)自動化向智能制造演進。過去，機器人更多承擔焊接、搬運、噴涂等標準化任務，而未來機器人需要面對更加復雜的制造環(huán)境，主要包括非標準化加工， 小批量柔性制造，  復雜曲面加工， 增材制造， 智能化生產(chǎn)。

這些應用對于機器人軟件提出了更高要求。iRobotCAM希望解決的問題，就是通過數(shù)字化方式降低機器人應用門檻，讓工程師能夠在虛擬環(huán)境中完成機器人設(shè)計、工藝規(guī)劃、軌跡優(yōu)化以及程序生成。目前，iRobotCAM基于三維CAD幾何內(nèi)核平臺開發(fā)，以CAD數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從架構(gòu)上解決三維建模場景中存在的應用精度問題，通過建立工業(yè)機器人的數(shù)字化場景，滿足機器人焊接，噴涂，雕刻，拋光打磨，激光切割，電弧增材，碳纖維3D打印等高精度的應用場景。

主持人：機器人3D打印涉及建筑、航空、汽車等多個行業(yè)，不同行業(yè)需求差異巨大，如何理解機器人3D打印的核心技術(shù)？

唐懷磊：機器人3D打印實際上是機器人技術(shù)、CAD技術(shù)、運動規(guī)劃技術(shù)以及增材制造工藝的融合。從工業(yè)軟件角度來看，核心挑戰(zhàn)主要包括幾個方面。

第一，三維模型到機器人運動軌跡的轉(zhuǎn)換

普通3D打印設(shè)備通常采用固定坐標體系，而機器人3D打印擁有多個自由度，工業(yè)軟件需要完成三維模型解析，打印路徑規(guī)劃，機器人姿態(tài)計算，多軸運動優(yōu)化，軌跡仿真驗證。尤其是在復雜曲面打印過程中，機器人末端姿態(tài)變化會直接影響打印質(zhì)量。

第二，實現(xiàn)制造過程的數(shù)字化驗證

機器人打印不像傳統(tǒng)加工設(shè)備，機器人運動過程中可能存在奇異點，碰撞風險，超出運動范圍，姿態(tài)不合理。因此，需要通過虛擬仿真提前驗證。

iRobotCAM具備機器人數(shù)字化場景構(gòu)建能力，可以通過虛擬環(huán)境完成機器人運動分析和加工驗證。

第三，實現(xiàn)行業(yè)工藝快速適配

不同材料、不同應用，對打印路徑要求完全不同。例如： 建筑打印關(guān)注連續(xù)堆疊效率； 航空制造關(guān)注材料性能； 碳纖維打印關(guān)注纖維方向控制。因此，機器人3D打印軟件必須具備開放工藝架構(gòu)。

舉兩個具體的例子，機器人本體的運動仿真，普通工業(yè)機器人大多是六個自由度，而由于3D打印的工藝不同，部分并聯(lián)機器人有 十幾個自由度了，而iRobotCAM目前支持數(shù)十個自由度的機器人設(shè)計與仿真；由于打印工藝各不相同，對精度要求不一，為了滿足不同的3D打印的精度需求，iRobotCAM提供微米級的精度控制，滿足半導體設(shè)備等高精度應用需求。技術(shù)層面上，iRobotCAM的技術(shù)儲備上提供了大量的冗余空間，更有彈性的滿足各類3D打印新工藝的應用需求。

主持人：目前機器人3D打印在建筑行業(yè)有哪些應用？

唐懷磊：建筑領(lǐng)域是機器人3D打印最具潛力的應用方向之一。傳統(tǒng)建筑施工存在人工成本高、周期長、復雜結(jié)構(gòu)實現(xiàn)困難等問題。機器人3D打印可以通過自動化方式完成：建筑構(gòu)件制造； 異形結(jié)構(gòu)打印； 混凝土增材制造；定制化建筑組件生產(chǎn)。 相比傳統(tǒng)施工方式，機器人打印能夠提高制造自由度，實現(xiàn)一些傳統(tǒng)工藝難以完成的復雜結(jié)構(gòu)。

不過，建筑打印對于軟件提出了新的挑戰(zhàn)。例如：

大尺寸模型處理：建筑模型通常數(shù)據(jù)量巨大，需要軟件具備高效模型處理能力。

打印路徑規(guī)劃：建筑打印需要連續(xù)軌跡控制，同時考慮材料沉積效果。

虛擬仿真：在真正施工前，需要提前驗證機器人運動范圍和打印效果。

針對建筑3D打印場景，越擎科技開發(fā)了專用打印模塊，通過軟件方式降低大尺寸建筑增材制造應用難度。舉個例子，打印的形態(tài)各不相同，編程的軌跡各不相同，iRobotCAM提供了豐富的軌跡能力，可以快速滿足建筑的創(chuàng)意設(shè)計，通過一鍵打印，用戶無需復雜的操作，即可實現(xiàn)生產(chǎn)。

主持人：越擎科技在機器人3D打印領(lǐng)域有哪些技術(shù)突破？

唐懷磊：

機器人3D打印最大的痛點之一，是專業(yè)門檻較高。過去，一個機器人打印項目往往需要：CAD工程師，機器人調(diào)試工程師，工藝工程師等多個角色協(xié)同完成。而iRobotCAM的技術(shù)架構(gòu)是通過軟件平臺把復雜流程數(shù)字化。

1. 基于CAD的數(shù)據(jù)驅(qū)動

傳統(tǒng)機器人編程更多關(guān)注機器人動作，而機器人制造本質(zhì)來自產(chǎn)品模型。因此，我們希望建立從三維模型 → 工藝規(guī)劃 → 機器人軌跡 → 仿真驗證 → 程序輸出的完整流程。

2. 多機器人品牌支持

工業(yè)現(xiàn)場機器人品牌眾多。iRobotCAM兼容包括ABB、KUKA、發(fā)那科、安川，廣數(shù)，華數(shù)，圖靈，埃斯頓等上百個機器人品牌，同時支持機器人庫擴展，提高軟件適配能力。

3. 面向增材制造工藝優(yōu)化

目前，iRobotCAM已經(jīng)覆蓋機器人焊接、噴涂、激光加工、電弧增材以及碳纖維3D打印等應用方向。未來，我們希望通過軟件進一步降低機器人增材制造應用成本，讓更多行業(yè)能夠快速采用機器人3D打印技術(shù)。

主持人：目前3D打印主要有哪些技術(shù)路線？機器人3D打印未來有哪些機會？

唐懷磊：目前產(chǎn)業(yè)中的3D打印技術(shù)路線非常豐富。

激光增材制造主要應用在航空航天， 高性能金屬零部件，精密制造領(lǐng)域，主要優(yōu)勢在于材料性能高，制造復雜結(jié)構(gòu)能力強。

建筑3D打印主要應用在建筑結(jié)構(gòu)，混凝土構(gòu)件，大型工程制造領(lǐng)域，優(yōu)勢在于尺寸突破傳統(tǒng)設(shè)備限制，自動化程度高。

塑料增材制造主要應用在工業(yè)驗證，快速原型，小批量制造領(lǐng)域。

碳纖維復合材料3D打印主要應用在航空結(jié)構(gòu)件，汽車輕量化部件，高性能工業(yè)產(chǎn)品，主要優(yōu)勢在于高強度，輕量化，結(jié)構(gòu)設(shè)計自由度高。

主持人：未來機器人3D打印的發(fā)展空間在哪里？

唐懷磊：未來機器人3D打印的發(fā)展方向，會從單一設(shè)備應用走向智能制造系統(tǒng)。可能有幾個趨勢：

第一，軟件成為機器人制造核心入口

機器人硬件逐漸標準化之后，真正影響應用效率的是軟件能力。

第二，機器人從執(zhí)行工具走向智能制造平臺

未來機器人不僅完成動作執(zhí)行，還能夠理解制造任務。

第三，AI推動機器人自主制造

隨著人工智能技術(shù)發(fā)展，未來機器人可能實現(xiàn)：自動生成制造方案； 自動優(yōu)化打印路徑； 自動調(diào)整工藝參數(shù)。 最終，實現(xiàn)從“人操作機器人”到“人定義任務、機器人自主完成制造”的轉(zhuǎn)變。

結(jié)語：工業(yè)軟件正在打開機器人3D打印產(chǎn)業(yè)化大門

機器人3D打印正在成為智能制造的重要方向。但從實驗室技術(shù)到產(chǎn)業(yè)規(guī)模應用，中間仍然需要解決機器人運動、制造工藝、軟件工具鏈等多個問題。越擎科技通過iRobotCAM構(gòu)建機器人設(shè)計、離線編程和虛擬調(diào)試一體化平臺，希望推動機器人從“能運動”走向“能制造”。隨著工業(yè)軟件、人工智能以及增材制造技術(shù)持續(xù)融合，大尺寸機器人3D打印或?qū)⒃诤娇蘸教臁⒔ㄖ⑿履茉雌囈约跋冗M制造領(lǐng)域迎來更廣闊的發(fā)展空間。