锻造业的新皱纹被誉为行业数字化的第三次浪潮
传感器、热控制、执行器、机器人和计算的 STARC 元素用于变质单元。变质制造，支持者表示，也称为机器人锻造，有望加快上市时间、减少材料浪费、提供更多可用材料、减少能源消耗并加强控制。
从技术上讲，锻造始于公元前 1500 至 1000 年左右。随着铁器时代的到来。但在此之前，锻造、熔炼和锤打金属的技术已经存在了数千年。现在，在机器人的帮助下，锻造正在走进工厂，被誉为继数控加工和增材制造之后的第三次数字化制造浪潮。
“想象一下，如果机器可以像铁匠一样工作，将金属挤压和弯曲成一定形状，并在一定温度和变形下进行，这实际上改善了材料的性能，”俄亥俄州立大学冶金工程教授、发展变质制造。
变质制造尚未准备好迎接黄金时段。但拥护者声称该技术具有关键优势，并表示该技术显示出巨大的前景。直接的好处将来自使用相同的材料，但用为机器人系统量身定制的自动化流程取代手动流程。
潜在的用例包括加快关键锻件的生产，这些锻件是飞机、船舶、汽车和
闭式模锻在某些情况下可能会被变质制造所取代，它是一个漫长而复杂的过程，而且许多关键的模具制造工作通常在东南亚进行，大恩说。
与此同时，用于涡轮发动机和机身部件的锻件主要在美国或西欧生产，主要是因为满足关键性能要求所需的质量，美国空军研究实验室空军快速维持办公室联络人 Howard Sizek 说。
“模具不容易跨洋运输，沟通不畅或错误会大大减慢流程，”Daehn 说。 “我们设想的未来将从闭式模锻转变为机器人控制的开放式模锻，逐渐使用简单的工具。这可以大大加快制造第一个组件的时间。”
最引人注目的用例是那些急需少量大部件的用例，他说。
Daehn 给出了这个例子：“通常，飞机或轮船需要一个新部件，因为旧部件因疲劳或腐蚀而失效，而您没有制造零件的模具。一两个硬采购零件可以使飞机停飞数月。”
Formlogic 首席执行官保罗·萨特 (Paul Sutter) 说，现阶段，更快的上市时间是变质制造最吸引人的特点。
他的公司生产精密零件，从自动化 CNC 加工开始。该公司目前正在根据 Daehn 的研究探索增加机器人锻造。
“我们发现最大的需求是更快的交货时间，”Sutter 说，并提到了该公司与 130 家制造商的探索性电话会议。 “我们专注于关键部件的小批量生产。我们的目标是将交货时间缩短 10 倍——从 30 天缩短到三天，从两周缩短到一天。”
“公司每年在金属零件制造上花费一万亿美元，”他说。 “当一个零件坏了，你可以得到一个替换零件，但供应商需要一周或更长时间才能交付该零件。通过变质制造，我们可以做到xt 天零件。”
缩短交货时间的目标
ROI 将部分取决于制造商让机器闲置等待更换零件的成本，Sutter 说。
在在俄亥俄州立大学卓越设计与制造中心的人工智能制造系统实验室，Glenn Daehn 描述了金属成型与机器人技术的集成。“紧急零件的价值是紧急零件成本的许多倍， “ 他说。 “如果你看一下紧急零件，两天而不是两周内拿到东西的价格要高出大约 3 倍。即使他们多付给我们 3 倍的钱，这也只是他们储蓄的一小部分。当生产线停机时，制造商可能每小时损失 50,000 美元。重新站起来很重要。他们想快速获得那部分。我们可以为那些客户服务s。”
其他公司预测，通过节省新工具的费用，交货时间也会缩短。
“现在，对于一家公司来说，要获得由钣金制成的零件，我们需要投资在能源密集型工具和重型机械方面，”Machina Lab 首席技术官 Babak Raeisinia 说。他的机器人制造即服务公司成立于 2019 年。
“就时间而言，可能需要 8 到 20 周的时间才能获得工具，然后进行试验。有了这样的交货时间，任何公司都很难加入，尤其是新公司。工具成本可能在 100,000 美元到 100 万美元之间，具体取决于零件的复杂性和尺寸。有了我们提供的机器人钣金成型解决方案，如果有人给我们 CAD 文件，我们可以在一周内完成零件。”
想象新技术的广泛使用
Raeisinia 和 Sutter 说，在航空航天、汽车、医疗零件以及石油和天然气领域有大量用例。
对于美国航空ce，变质制造的一个潜在好处是维护现有飞机，Sizek 说。
一个潜在的应用是制造大型飞机蒙皮。
“我们面临的问题是，因为系统较旧，制造零件的工具和模具可能不容易获得，”他说。 “供应商可能已经倒闭了。模具有很长的交货时间，并增加了大量的处理时间。这将使我们有机会在没有所有工具的情况下更快地做事。”
由于过程（锻造）保持不变，制造商更有可能相信它的工作原理，Sutter 说。
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“真正厉害的是，机器人锻造是一个传统工艺。如果你在做机器人锻造，它仍然在锻造，”他说。 “不同的是，你可以更快地扭转局面，使其更加灵活。归根结底，冶金是一样的，这很重要给客户。他们想要行之有效的方法：久经考验的真实方法。”
Sutter 说：“3D 打印的整体理念是，‘传统工艺缓慢而复杂。让我们投资于 3D 打印等新流程。”我们的方法是，‘旧流程都有效，但它们速度慢且成本高。’
“我们的重点是使用传统流程，基于自主的交付时间更短制造业。让我们用机器学习和机器人来自动化它们。我们的目标是加快各种业务的交付时间。”
注意到全球供应链依赖
Daehn 说，变质制造可以帮助美国减少对全球供应链的依赖。
“在美国，我们引领了发展机床行业，”他说。 “越来越多的业务转移到了海外。我们已经处于这样的境地，如果我们的全球供应链被关闭，我们就有麻烦了.如果我们不能生产我们需要的东西，我们就会把自己置于危险的境地。变形制造让我们有机会在美国生产下一代设备——这样我们就可以在危机时期制造我们需要的东西。”
现代制造供应链通常是多方面的，
Raeisinia 说，使用机器人制造的制造商将能够在一个设施内而且在一个变形制造系统内整合他们的整个过程，而不是多方面的供应链。
他说，拥有一个漫长而分散的供应链会导致安全性和可靠性问题。 “如果出现任何问题，例如地缘政治问题或自然灾害，就很难获得所需的材料或产品。单个节点将影响整个供应链。”
Brian Thurston 是俄亥俄州立大学的一名研究生，与 Glenn Daehn 一起工作，在最初的几个月里，他将他的变形制造研究转移到他的餐桌上“当我们与小型制造商交谈时，他们受到 COVID 情况的影响更大，”Raeisinia 说。“他们的很多业务都外包给了中国。当商店在中国关闭时，他们的业务直接
“有了像我们这样的机器人系统，他们根本不会受到影响。您可以通过内置控件最大限度地减少需要在场的人数，从而最大限度地减少对人类的需求”
例如，在制造车身面板时，冲压、修边、连接和包边工艺通常是在汽车工厂内的不同站点进行ctory，他说。
“将这些操作或节点中的多个集中到一个中可以缩短交货时间。 Raeisinia 说，你可以制作零件、给零件缝边、有多个零件并将它们连接起来——所有这些都在一个机器人单元内。 “与多个操作/节点相反，您的操作集中在一个节点上。”
据说零件质量有待提高
零件质量也更好，Sutter 和 Raeisinia 说。
集成到变质制造系统中的传感器意味着在制造零件时实时进行质量控制，Raeisinia 说。
“您不需要单独的质量控制系统;该系统是您的质量控制，”他说。 “您不必等到流程结束才丢弃不符合质量控制标准的零件。您还可以根据从传感器获得的反馈实时调整流程。”
该部分已满萨特说，在进行第一次切割之前就已经验证过了。 “由于可重复性，我们可以获得更高的质量和更好的精度。对我们来说关键是我们首先在模拟中完成整个事情。我们模拟一切以确保它能正常工作，然后我们第一次就把它做对了。这就是它速度更快的原因。”
Raeisinia 说，使用传统的钣金制造技术，30% 的钣金可以被废弃或回收。
“通过变质制造，您可以能够对过程进行更高程度的本地控制和实时监控，”他说。 “废料下降。对于我们的金属成型工艺，我们可以使用的毛坯通常比冲压等工艺中使用的毛坯小 10%。”
挑战依然存在
尽管有兴趣，但空军已经没有采用变质制造技术——而且很可能要等到更多Sizek 说，问题得到了解决。
“计算将在这方面发挥巨大作用，”他说。 “你不仅要能够预测制造零件所需的路径，而且还必须预测零件从工具上取下时的形状、配合和功能：如果你这样做可能会发生什么热处理，变形了怎么办？当零件的性能不如您预期时，您需要能够对其进行调整。了解材料对这些过程的反应以及材料在使用中的性能对于将这项技术发挥作用都非常重要。”
与其他最近的制造技术发展一样，机器人锻造需要即插即用。
到目前为止，情况并非如此。
例如，Raeisinia 说，仅传感器所需的技术知识可能需要专家来培训员工。 “有时候，那是一个障碍，”他说。 “在紧缩的时间线内，你没有那么奢侈。系统需要开箱即用。”
另一个需要更多关注的领域是标准，Daehn 说。 “我们应该比现在花更多的时间在标准上。我们不是要认证一个确切的过程，而是要认证一个系统。目前，我们没有很多资源来完成这项工作。我们一直在寻找资源来加速技术采用。”
需要更准确的建模来确保制造商获得模型指示的材料。 “建模，但要验证，”他说。 “模型有时会遗漏现实生活中的一些东西。”
计算机硬件和软件都需要改进，以便可以实时使用计算进行控制，Raeisinia 说。 “我们知道如何测量温度，但我们需要知道如何测量温度在外科局部区域禁食，”他说，并提供了一个例子。 “这不是科学挑战；这是一项工程挑战。”
“算法已经存在，”他说。 “唯一剩下的工作是将机器学习与硬件和模拟相集成，这是我们目前在 Machina Labs 所做的事情。”
