未来的增材制造工厂

机器技术和工厂架构的这种模块化集成，不仅体现了在互联网4.0前景中，增材制造所能达到的品质、灵活性和性能新高度，还体现了一种全新的流程组件设计方法，最终将创造出更快、更经济的工业生产解决方案。

图片：Concept Laser的未来AM工厂采用AM模块，最大限度地减少了占地面积，在可灵活扩展的、高度自动化、集中控制的金属生产系统中实现了智能而稳健的制造，完全专注于进行中的生产任务。（图片来源：Concept Laser GmbH）

Concept Laser GmbH（位于德国利希滕费尔斯）的新型机器与工厂体系结构表明，工业4.0的愿景已经牢牢地融入了该公司的战略。AM未来工厂是机器技术的模块化集成，不仅体现了增材制造中更高品质、灵活性和性能的前景，还体现了一种全新的流程组件设计方法，最终将创造出更快、更经济的工业生产解决方案。

机器和工厂技术方面历来依靠的是“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”，将机器技术作为一个孤岛看待，而没有将其集成到成型任务的各项准备及后续步骤依次推进的整体制造环境中。现在，AM未来工厂的新机器架构则试图运用各个新的定性侧面来扩大制造中可量化的部分。

“实际上，这涉及将成型任务中的各项准备及后续步骤、增材制造分解成若干可组合模块，” Concept Laser研发负责人Florian Bechmann博士解释说，“凭借更大的成型罩，可缩短成型任务中的时间延迟。目的是大幅度减少先前孤立机器的故障停机时间。在提高产业链的附加值水平上存在足够的潜力。与先前机器概念中的纯量化方法形成对照，这是一种全新方法，它将推动工业连续生产迈上一个新台阶。

工厂架构

目前，区域3D打印技术中心是作为服务供应商在全球建立的。这一发展是以从原型到渴望在工业水平上的灵活系列生产的转变为特征的。在这些中心，AM用户体验了与传统制造业同样的压力：对空间的需求、扩充机械、增加操作任务，尤其是循环次数。但在AM未来工厂，生产从准备阶段就“与机器不挂钩”。AM生产的时间窗口增加到“24/7水平”，这意味着所有组件都具有更高的可用性。自动化的材料流显著降低了操作工人的工作负荷。激光熔融机接口被集成到传统的数控机床技术（比如说，这对于混合部分就十分重要）以及下游工序（后处理/修整）。

新工厂架构关键在于将预生产、生产和后处理分离。这包括灵活的机器加载以及装配与拆解过程的物理分离。目标是更有针对性地对流程组件与接口进行协调，并提高工艺设计的灵活性，以创建一种集成方法。这也可能通过一致的“装卸站”和“成型与过程单元”模块结构，凭借组合和互连，实现相当大的灵活性和可用性。通过对这些模块有针对性的组合，还能更好、更经济地处理不同材料。

例如，未来的机器使用者将使用模块非常精确地定制生产任务以匹配部件几何外形或材料。整个生产系统的效率和可用性水平将明显增加，而同时所需空间却会显著减少。模拟生产场景表明，所需空间比目前最高可减少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术，成型速度大幅提升，”Bechmann博士指出，“成型罩尺寸也将经历显著增长。我们现在想要用集成机器概念，来突出通过工业4.0使增材制造转变为未来制造策略的可能方式。在提升工业增加值以及增强系列生产的适应性方面存在着巨大的潜力。

模块化过程站

所示过程站成型罩为400 x 400 x > 400立方毫米。激光源、工艺气体管理和过滤技术均被集成于模块中，而层厚则在常规范围内。这一机器解决方案还有一个可变焦倍数，可选择1、2或4个激光光学装置，激光功率从400 W至1000 W。确保有效冗余，如果一个激光器失效，其余三个激光器仍将能覆盖整个成型台，成型任务仍可完成。“增加激光源数量只能使预期速度增加到一定程度，”Bechmann博士表示，“但最终也会增加复杂和制约程度，可能导致漏洞，从而使预期的积极作用转变为消极作用。”

模块化装卸站

新装卸站整合了筛选站和粉末材料管理。不再需要任何容器用于筛选站与机器之间的运输。拆解、准备下一个成型任务、筛选就在一个自足式系统中进行，无需操作人员进入并接触粉末。然而，令模块化装卸站如此有吸引力的是其特别的配置：一个处理站可与两个过程站链接，构成一个制造单元。工厂构建装备还支持将多个装卸站连接起来，构成独立于过程站的材料制备设施。

模块的组合

新工厂构建装备拥有三种在不同高度提供的模块：过程模块、计量模块和溢出模块。这些模块之间直接联系，不使用任何管道或管路，通过RFID接口识别，堪称不同寻常。它能带来可靠的材料流、极高的材料吞吐量，以及极大的灵活性，尤其是当需要为成型工艺提供并运送各类不同材料时。“在未来，我们认为AM工厂将会是高度自动化的，”Bechmann博士说，“设想的材料甚至整个模块均由自动运输系统运送。这可能成为下一步的研发任务。增材制造可以在最大程度上实现自动化。”

一种新型的两轴涂布工艺

这种新机器概念包括一种新型两轴涂层系统，使涂布机的返程与曝露同时进行，从而在涂布工艺中节省大量时间。涂布机刮刀可选用橡胶、钢或碳等材质，以在成型任务中自动变换。“就这样，自动化工具转换系统与数控机床技术一起共同保证了高度的灵活性以及机器设置上的时间优势，并减少操作人员的人工干预水平，”Bechmann博士解释道，“我们在此特地提到了‘稳健生产’。”

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