深度：為什么電弧增材專用CAM軟件如此重要

來(lái)源：格智學(xué)院
作者： 遲科萌


我們知道,，增材制造是指基于離散-堆積原理，由零件三維數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)“直接”制造零件的科學(xué)技術(shù)體系,。那么,，對(duì)電弧增材制造來(lái)說(shuō)，從零件三維數(shù)據(jù)到制造這之間的過(guò)程真的可以“直接”完成么,？

要回答這個(gè)問(wèn)題,，我們首先要了解電弧增材系統(tǒng)執(zhí)行的增材程序是什么樣的，是如何生成的,。

為了獲得更大的增材范圍,、更自由的增材角度，電弧增材往往采用6軸工業(yè)機(jī)器人作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。增材時(shí)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡是由數(shù)萬(wàn)個(gè)甚至更多“空間點(diǎn)”組成的復(fù)雜空間軌跡,。這數(shù)萬(wàn)個(gè)點(diǎn),，需要優(yōu)化路徑間的連接順序, 計(jì)算機(jī)器人設(shè)備的可達(dá)性, 調(diào)整點(diǎn)位姿態(tài)，再添加設(shè)備控制指令,、工藝參數(shù)信息等,，才能生成機(jī)器人可執(zhí)行的增材程序。

在實(shí)踐應(yīng)用中,，要生成如上所述的增材程序,，有四種常見的編程方式：通過(guò)手工建模結(jié)合機(jī)器人離線編程軟件直接編程、通過(guò)減材CAM軟件與機(jī)器人后處理程序結(jié)合編程,、通過(guò)其他增材制造CAM軟件與機(jī)器人后處理程序結(jié)合編程,、使用電弧增材專用CAM軟件編程。

通過(guò)手工建模結(jié)合機(jī)器人離線編程軟件直接編程,，一般是指手工建模規(guī)劃出簡(jiǎn)單的圖形軌跡,，再通過(guò)偏移、復(fù)制等方式生成逐層的軌跡,，在機(jī)器人離線編程軟件中完成編程,。這種方式要求零件模型本身不能太過(guò)復(fù)雜。然而實(shí)際應(yīng)用中,，需要增材實(shí)現(xiàn)的往往是傳統(tǒng)制造方式難加工,、甚至無(wú)法加工的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，很難被直接拆分成規(guī)則的圖形特征,，而一旦模型中有不規(guī)則的曲面等形狀,，就更要牽扯到極為復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法，軌跡編程的難度將非人力能及,。因此,，這種編程方式往往被用于制作一些試樣、試塊等規(guī)則,、簡(jiǎn)單的零件,，而不適用于實(shí)際生產(chǎn)。

通過(guò)減材CAM軟件與機(jī)器人后處理程序結(jié)合編程,，核心思路是認(rèn)為增材過(guò)程的“自下而上”和減材制造的“自上而下”是剛好相反的過(guò)程，因此先通過(guò)成熟完善的減材CAM軟件生成減材的路徑軌跡,，然后將軌跡中的點(diǎn)順序“反轉(zhuǎn)”生成“逆行”的增材路徑軌跡,，生成G代碼，再通過(guò)定制開發(fā)的機(jī)器人后處理程序?qū)�G代碼轉(zhuǎn)成機(jī)器人可執(zhí)行的程序,。然而,，增材、減材絕不是簡(jiǎn)單相反的工藝過(guò)程,，兩者在軌跡規(guī)劃時(shí)要考量的工藝因素存在著諸多差異：比如減材的路徑中已經(jīng)去除的位置可以出現(xiàn)重復(fù)的路徑,，然而增材過(guò)程中重復(fù)的路徑會(huì)導(dǎo)致重復(fù)的堆積從而產(chǎn)生缺陷,；又比如減材軌跡的行走速度變化與增材所需的變化也不同，等等,。因此這樣生成的增材軌跡必須要做極大量且極高難度的人工干預(yù)和修正,，但依然很難完全適應(yīng)電弧增材的各項(xiàng)工藝特性。在實(shí)際應(yīng)用中,，用這種方式完成一個(gè)零件的編程時(shí)間往往需要以周甚至月計(jì),，并且對(duì)于編程人員的能力和經(jīng)驗(yàn)要求都極高，不具備實(shí)踐價(jià)值,。

通過(guò)其他增材工藝CAM軟件與機(jī)器人后處理程序結(jié)合編程,。這種方式存在的問(wèn)題，本質(zhì)上與使用減材CAM軟件的方式一樣,，是工藝上的不適用,。由于增材程序的路徑規(guī)劃與工藝密不可分，對(duì)于電弧增材來(lái)說(shuō),，規(guī)劃合理的切片填充方式,、路徑順序、起收弧位置,、機(jī)器人焊槍姿態(tài),，盡量減少起收弧次數(shù)，針對(duì)特殊特征如拐角,、搭接,、薄壁等位置的優(yōu)化處理如軌跡優(yōu)化、速度優(yōu)化等,，都決定著電弧增材的成型質(zhì)量,。因此直接使用其他增材工藝CAM軟件生成的程序，增材過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生諸多質(zhì)量問(wèn)題,。而為了要生產(chǎn)出質(zhì)量合格的零件,，就必須依賴于大量的人工干預(yù)編程，從而陷入和使用減材CAM軟件編程一樣的困境,。

到這里,，其實(shí)開篇問(wèn)題的答案已然揭曉。要想真正意義上的實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)到制造的“直接”銜接,，能夠充分適應(yīng)工藝特性實(shí)現(xiàn)自動(dòng)規(guī)劃,、智能優(yōu)化增材程序的電弧增材專用CAM軟件是唯一解。

然而,，要開發(fā)通用,、實(shí)用、易用的電弧增材專用CAM軟件，投入巨大且絕非一日之功,。不僅需要能跨學(xué)科融合計(jì)算機(jī)圖形學(xué),、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)或材料學(xué)技術(shù)的高端技術(shù)研發(fā)人才，豐富的硬件集成經(jīng)驗(yàn),，更需要長(zhǎng)期持續(xù)的生產(chǎn)實(shí)踐來(lái)不斷積累工藝經(jīng)驗(yàn),。這也是為什么我們放眼全球市場(chǎng)上，雖然不少CAM軟件可以“兼容”電弧增材,，但真正能應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐的電弧增材專用CAM軟件則是鳳毛麟角并且價(jià)格高昂,。

目前市場(chǎng)上，部分電弧增材成套系統(tǒng)如WAAM3D的RoboWAAM,、GEFERTEC的3DMP等會(huì)搭載系統(tǒng)專用的軟件,；個(gè)別電弧增材“骨灰級(jí)”用戶使用自研自用的定制軟件，除此之外,，較為成熟可以商用的電弧增材專用CAM軟件主要有METAL XL和IungoPNT兩款,。另外，一家2021年成立的法國(guó)-瑞典跨國(guó)初創(chuàng)公司Adaxis在研尚未發(fā)布的軟件平臺(tái)也值得關(guān)注,。

19年11月,，荷蘭MX3D公司推出了商用版軟件產(chǎn)品METAL XL。在此之前數(shù)年間,，MX3D一直作為增材服務(wù)商,，為客戶提供電弧增材打印服務(wù)。行業(yè)內(nèi)經(jīng)典的“3D打印金屬橋”案例就是MX3D的成名作,。從2019年開始,，MX3D公司開始轉(zhuǎn)型為用戶提供裝備、軟件和工藝解決方案,。

由來(lái)自國(guó)內(nèi)電弧增材制造技術(shù)高地南京的衍構(gòu)科技開發(fā),，IungoPNT則是一款更早在2017年就正式投向市場(chǎng)的國(guó)產(chǎn)軟件產(chǎn)品。從2013年啟動(dòng)研發(fā),，衍構(gòu)科技就一直以：“為用戶提供“點(diǎn)擊即打印”的智能電弧增材專用CAM軟件,，助力電弧增材走進(jìn)千萬(wàn)工廠“為目標(biāo)，近10年間持續(xù)不斷的投入研發(fā)對(duì)產(chǎn)品迭代優(yōu)化,。IungoPNT經(jīng)歷了大量用戶驗(yàn)證,，更在2021年被選作全國(guó)首個(gè)電弧增材國(guó)家級(jí)技能競(jìng)賽的指定軟件。

推動(dòng)行業(yè)發(fā)展需要低使用門檻的軟件和專業(yè)技術(shù)人才
任何新興制造技術(shù)的發(fā)展,，都需要裝備,、軟件、材料,、工藝,、人才五大核心要素協(xié)同發(fā)展，缺一不可,。

對(duì)電弧增材技術(shù)來(lái)說(shuō),，其工藝本身與有著悠久歷史的焊接工藝同根同源，因此巨大的機(jī)器人焊接應(yīng)用市場(chǎng)存量對(duì)應(yīng)的裝備,、工藝,、材料經(jīng)驗(yàn)儲(chǔ)備都應(yīng)該可以成為電弧增材技術(shù)發(fā)展的土壤。然而現(xiàn)實(shí)情況是,，時(shí)至今日,，電弧增材技術(shù)的應(yīng)用依然局限在少數(shù)場(chǎng)景，歸其原因木桶的短板在于早期軟件和人才兩個(gè)要素的缺失,，制約了行業(yè)的發(fā)展,。

相信隨著專用CAM軟件的出現(xiàn)和發(fā)展，對(duì)專業(yè)技術(shù)人才的要求門檻也隨之不斷被降低,，用戶可以越來(lái)越專注于工藝和產(chǎn)品的開發(fā),，從而不斷將電弧增材技術(shù)的潛力充分發(fā)掘出來(lái)。

格智學(xué)院+衍構(gòu)科技：IungoPNT訂閱服務(wù),，為用戶賦能
為了讓更多想要探究電弧增材技術(shù)的用戶能夠更低門檻的進(jìn)行工藝驗(yàn)證和開發(fā),，促進(jìn)行業(yè)發(fā)展，格智學(xué)院與衍構(gòu)科技聯(lián)合推出面向企業(yè)研發(fā)和教育科研的IungoPNT軟件訂閱服務(wù),。

訂閱版軟件包含IungoPNT基礎(chǔ)版九大核心功能,，包括：增材項(xiàng)目管理、多任務(wù)管理,、增材參數(shù)配置,、增材程序自動(dòng)規(guī)劃、一鍵啟停,、布局仿真,、路徑仿真、工藝參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控,。

訂閱費(fèi)用按年收取,，用戶可以按需逐年訂閱，并通過(guò)衍構(gòu)盒子自行快速完成硬件部署,，將已有的機(jī)器人焊接設(shè)備升級(jí)為電弧增材系統(tǒng),，極大程度的為用戶節(jié)約初始投入。訂閱服務(wù)配套由首屆國(guó)賽訓(xùn)練營(yíng)原班教研團(tuán)隊(duì)打造的電弧增材設(shè)備操作認(rèn)證課程,，以及完善的線上知識(shí)庫(kù),，保障用戶的技術(shù)人員可以零基礎(chǔ)快速上手，進(jìn)一步為用戶賦能,。

現(xiàn)訂閱服務(wù)正式啟動(dòng)預(yù)售,，預(yù)售期間完成訂閱可免費(fèi)獲得額外30天訂閱時(shí)長(zhǎng),。快掃描下方二維碼,，了解更多信息報(bào)名登記吧,。