得益于精密的光学器件和先进的软件，Rivelin Robotics 能够自动执行 AM 后处理所需的许多步骤，包括支撑去除和精细的精加工操作，就像这个 3D 打印的颅骨板一样。每个人都喜欢谈论工业 4.0，但许多人很难定义它是什么、它何时开始以及它对制造商意味着什么。有人将其称为制造业数字化。其他人将其描述为人工智能和网络物理系统的发展，还有人将工业物联网 (IIoT)、大数据和机器分析视为第四次工业革命的主要组成部分。
数字智能
他们都没有错，但话又说回来，工业 4.0 远不止这些。其他组件包括增强现实和虚拟现实、高级软件模拟、移动设备、云计算和其他有助于提高制造效率、透明度和盈利能力的技术。至于它是何时开始的，只要看看 3D 打印，它的发明可以说标志着工业 4.0 的诞生，并且它的能力继续以一些非常根本的方式改变制造业。
Zach Murphree 是副总裁Velo3D 是一家位于加利福尼亚州坎贝尔的增材制造解决方案提供商，负责全球销售和业务开发。他喜欢谈论工业 4.0，主要是因为它对不同的人意味着不同的东西，但他表示，一些人并未满足其许多核心原则当前的增材设备。
“工业 4.0 运动的大部分内容都围绕着自动化和互连的智能机器展开，这些机器有助于使制造过程更具可扩展性和效率，”Murphree 说。 “任何购买 3D 打印机的人如今，他们应该将这些目标放在他们的要求列表的前列。”
不幸的是，试图开发工业 4.0 基础设施的增材制造商经常发现自己“拼凑”了不同的系统，他补充道。这里的集成意味着采用现成的软件和硬件组件并尝试将它们拼凑在一起。
采用先进的激光粉末床融合系统生产的各种增材制造工业零件。这种高度数字化的制造技术被视为非常适合工业 4.0。 （由 Velo3D 提供）Murphree 以打印准备软件为例；由于 AM 行业的快速发展，许多机器制造商被迫将此功能和其他重要功能留给第三方开发商。根据 Murphree 的说法，这会阻碍可扩展性y 和吞吐量。
“这只是为什么从一开始就将所需的智能和“数字智能”内置到 3D 打印机及其支持软件中如此重要的一个例子，这样一切都可以正常运行作为一个连贯的平台，”他说。 “这可以让用户提高工作效率。并且能够获取预印过程中产生的数据流并在构建的其余部分使用它，从而促进稳定、高效和可预测的制造。这就是智能系统的本质。”
关注工作流程
Shell Haffner 对工业 4.0 的看法与他在 Velo3D 的同行非常相似。南卡罗来纳州罗克希尔市 3D Systems Inc. 的产品管理副总裁将其定义为互联、灵活和智能的制造，并建议任何希望在这个市场上竞争的人都应该找到一个符合这些条件的系统。什么他不同意一些公司使他们的设备具有工业 4.0 能力的方法。
“考虑连通性，”Haffner 指出。 “我们和大多数其他 AM 系统供应商在使我们的产品与第三方软件系统互操作方面做得很好。那么，关注的领域是如何将其包装成一个连贯的工作流程——一个具有确保从后端出来的部件是可靠的业务规则的工作流程，并且您正在以最有效的方式生产它们可能的方式？”
3D Systems 的回答是其最近收购了 Oqton，这是一个基于云的制造操作系统，据称可以“在生产车间内外实现端到端工作流程的自动化。” Haffner 将其描述为 ERP、MES、PLM 和类似企业级系统的接口，以及连接来自 Materialise Magics 和 Autodesk Netfabb 等公司的竞争性 AM 软件的一种方式。它将是还支持与一系列后处理解决方案集成，无论是除粉、染色和蒸汽平滑还是精加工。
“没有一家公司拥有一切，我们也不会假装拥有，”他说。 “Oqton 将为制造商提供更大的灵活性、开发强大工作流程的能力，以及使用他们想要的任何工具的自由，即使它们不是我们的。所有这些都是工业 4.0 和一般先进制造的重要组成部分。”
一切尽在数字化
当被要求定义工业 4.0 时，Hexagon Manufacturing Intelligence 的 Mathieu Perennou 提供了一个简单而深刻的概念
“这是数据时代，”总部位于罗得岛北金斯敦的 Hexagon 增材制造战略和全球业务发展总监 Perennou 说。 “世界各地的制造商都在寻找从各种机床和软件系统中收集信息并利用的方法它来改进他们的流程。我们提供了实现这一目标所需的许多工具。”
此热模拟图说明了不稳定的热条件与自动（扫描路径）热稳定性3D打印过程中。这种先进技术是工业 4.0 版图中不可或缺的组成部分。 （由 3D Systems 提供）
增材制造非常适合工业 4.0，Perennou 补充道。传统机械加工、钣金制造和塑料注射成型工艺都源于模拟技术，而 3D 打印一直是完全数字化的。零件以 CAD 文件开始，在软件系统中进行优化、定向、嵌套和切片（通常不止一个），然后发送到一台没有切割工具且相对较少移动的设备零件。
构建开始后，该过程将受到密切监控。收集操作数据，如果需要，将其合并或至少链接到零件的数字双胞胎。从来没有蓝图；没有机会像在 CNC 车床或加工中心上那样进行手动编程；即使零件稍后可能会被发送到这些机床之一进行额外处理，工作流程仍然或应该保持完全通过数字线程连接。正如 Velo3D 的 Murphree 所说，这就是工业 4.0 的本质。
Hexagon 以计量设备为基础，具备通过反馈检测数据和 CT（计算机断层扫描）扫描“闭环”的能力到数字双胞胎。这允许制造商将设计模型与竣工结果进行比较，并进行必要的过程调整以同步两者。它还描绘了更完整的零件质量图。
CT 扫描分析通常用于查找缺陷和潜在材料增材制造零件中的问题。 （由 Hexagon Manufacturing Intelligence 提供）“这是工业 4.0 的另一个重要方面，因为您需要覆盖完整的制造链，其中包括来自现场的性能数据，”Perennou 说。 “您想利用和利用您在零件使用时看到的东西，尤其是在出现故障时。那时，您可以开始询问它失败的原因：它是何时何地打印的？构建过程中是否有任何异常？材料批次是多少？通过将所有这些都与数字孪生联系起来，您就可以了解出了什么问题，从中吸取教训并加以改进。这就是制造商采用集成的端到端增材制造解决方案如此重要的原因。”
驯服漩涡
像刚才描述的那些集成制造解决方案不仅仅是混乱的工业 4.0 景观的另一个方面。它们不仅仅是提高效率、降低成本或易于使用的工具。正如 Ashley Eckhoff 解释的那样，整体工作流程对于制造过程的一致性至关重要，并且是可预测的零件质量、可追溯性以及最终产品认证的主要驱动力，Hexagon 的 Perennou 肯定认同这一观点。
Eckhoff 是德克萨斯州普莱诺的 Siemens Digital Industries Software 专注于增材制造的工程组营销经理。他指出，最后一点对于金属 3D 打印尤其如此，内部零件应力、变形甚至构建失败都是开展业务的不幸部分。他说，解决这些问题的方法是开发一种有效且可重复的“印刷配方”，然后不折不扣地跟着它。 “在航空航天和医疗行业，任何过程都必须得到妥善管理和控制。如果没有，它获得认证的可能性很小。”
从后到前是一级方程式赛车支架的三个版本：原始的、手动设计的版本；具有支撑结构的拓扑优化版本；和最终的 3D 打印部件，准备就绪。 （由 Siemens Digital Industries Software 提供）增材制造技术、设备品牌和原材料的多样性只会增加这些挑战。 “正因为如此，许多制造商选择一家机器供应商并坚持使用该品牌，直到被迫做一些不同的事情，”Eckhoff 说。 “也许那个供应商没有打印必要的材料或没有达到所需的零件精度——无论出于何种原因，公司都要经历巨大的学习曲线才能采用新供应商的新机器。他们基本上每次都必须从零开始。如果增材制造就像打印 Word 文档那样就好了，你真的不在乎打印机是佳能、惠普还是戴尔。但变数实在是太多了，这使得任何类型的生产增材制造都变得非常复杂。”
然后是工业 4.0 房间中的另一头大象：自动化。 Eckhoff 和其他人列出了一些可以自动化以节省时间的后处理步骤。
这些步骤包括从除粉和去除支撑到精加工的 CNC 设备管理。如前所述，这些二次操作中的每一个都伴随着许多集成考虑因素，以及自动交换执行此类任务所需的零件数据和工作指令的机会。 Eckhoff 说，这样做可以增加容量，同时减少考虑错误的机会。 “这就是为什么西门子在所有这些领域都拥有丰富的供应商经验，因此可以支持制造商完成工作所需的一切。”
Lifting the rug
David Alatorre 可以提供很多关于最后一个主题的建议。 Rivelin Robotics 是一家专门从事 AM 自动化的英国初创公司，他是首席技术官，他指出，零件离开构建室后发生的事情有时是增材制造中最困难的部分，而且经常被扫到地毯下。 “特别是对于金属部件，所有这些复杂的支撑结构都需要去除，并且不需要平滑的表面处理，”他说。 “目前，这些操作几乎完全是手动的。”
Rivelin Robotics 希望通过 Alatorre 所说的“配备先进传感功能的现成工业机器人手臂来解决这些任务”来改变这种模式。”
如前所述，3D 打印金属部件容易发生热变形和几何变化。这使得具有固定刀具路径的 CNC 加工中心的自动化后处理变得具有挑战性。但通过扫描每个工件，然后将结果“拟合”到工件的数字表示中，Rivelin 能够实时生成机器人指令，从而复制人类应对增材制造零件可变性所需的适应性和感知能力。
“机器人技术在过去 20 年里取得了长足的进步，因此像您在汽车工厂中看到的那样具有一系列预先计划的动作的刚性自动化概念已经过时了，”Alatorre 说。 “和很多人一样，我们很高兴看到这个行业的发展方向。”
