在現代化的智能工廠中，人類與機器人進行協作已成為不可或缺的現實。成功的人機交互是面向未來制造的關鍵。但怎樣在這樣的制造場景中保護操作人員的安全，并使得協作機器人高效運行，是工廠需要面對的挑戰之一。

增材制造精益生產服務商裕克施樂（OECHSLER）與巴斯夫3D打印解決方案 Forward AM，通過3D打印技術為Kuka iiwa 協作機器人開發了一種3D打印“皮膚”。這一全新的解決方案，使人類和協作機器人能夠安全的共享工作空間，并進一步優化了工廠的人機協作生產效率。



▲ 安裝了3D打印“皮膚”RoboSkin的協作機器人 Kuka iiwa

裕克施樂

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兼顧安全與效率

/挑戰

協作機器人（簡稱：cobots）越來越多地出現在制造業中，它們在共享區域與人類一起工作。在人機協作工廠中，避免協作機器人和人類同事發生碰撞，確保生產安全是至關重要的。

通常，人機協作工廠中的安全防護是通過內置光學傳感器來實現的。這些傳感器會在發生意外接觸時使協作機器人立即停止工作，每當有工人進入警告區域時，系統會將其速度降至最低，如果人繼續靠近，則系統停止，直到人離開后，系統才會加速回到全速。然而，這會導致協作機器人的處理速度受到高度限制，從而導致制造工廠的成本增加，生產效率降低。

為了實現機器人對靠近工人的反應，需要根據機器人的任務、它們與工人之間具體合作方式，以及它們在工廠中的實際位置進行編程。這就意味著，當協作機器人需要被部署在其他工作站時，或者需要執行不同的任務時，都必須調整編程。這種方式限制了協作機器人的應用靈活性與便利性。

那么，有什么方式能夠使工人和協作機器人安全地協作，又能夠使機器人始終保持高效運行呢？

/3D打印“皮膚” RoboSkin

巴斯夫Forward AM與裕克施樂通過增材制造-3D打印技術，為協作機器人開發了一種薄而具有高減震性的第二層“皮膚” RoboSkin，用來包裹在協作機器人的關節周圍。

裕克施樂制造第二層“皮膚”時，采用的材料為Forward AM開發的Ultrasint TPU01 熱塑性聚氨酯粉末，3D打印技術為惠普 HP 5200 系列多射流熔融設備（Multi Jet Fusion） 。



▲ 用于 Kuka iiwa機器人軸2和軸3的3D打印“皮膚”，圖中可以清晰的看出晶格點陣結構，其材料為Ultrasint TPU01。

裕克施樂

3D打印的“皮膚”具有柔性的、個性化的晶格點陣結構。Ultrasint TPU01 熱塑性聚氨酯粉末這種彈性材料適合生產需要高減震性和出色柔韌性的零件。而協作機器人3D打印“皮膚”所具有的獨特晶格結構，為協作機器人帶來了獨特的附加價值：

首先是3D打印“皮膚”所具有的緩沖保護功能，為與機器人進行協作的工人提供了保護，降低他們受傷的風險。

這層3D打印晶格點陣“皮膚”就像阻尼器一樣，吸收協作機器人的碰撞力和壓力，可以使協作機器人的速度提高150%，這使得制造商的生產力得到提高。

此外，3D打印晶格點陣“皮膚”具有良好的透氣性，能夠防止協作機器人熱量積聚。作為隔離層，它可以將機器人的管路、電線覆蓋起來，在工作時不會限制機器人的運動。

這樣一個能夠為協作機器人用戶帶來附加價值的“皮膚”，其背后的核心技術在于增材制造的晶格點陣結構。



▲為機器人軸4開發的3D打印晶格點陣“皮膚”

裕克施樂

3D打印“皮膚” 的點陣結構可以根據機器人的功能需求進行設計，得益于3D打印在復雜、定制化產品柔性制造方面的優勢，快速且經濟高效地適應各種協作機器人類型。

正如在挑戰中所談到的問題，在生產車間中，協作機器人通常被部署在不同的工作站。而3D打印“皮膚”RoboSkin無需拆卸、重新組裝和重新校準機器人，就夠發揮作用，這將節省工廠的時間和成本。

3D打印“皮膚”RoboSkin， 用看似非常簡單的解決方案解決了協作機器人工廠中的一個復雜問題，使最終用戶能夠優化人機協作的生產效率。

/從增材制造精益生產源頭，提升品牌價值

在3D打印“皮膚”設計中所運用的晶格點陣結構設計，是一種典型的面向增材制造的設計。晶格設計往往擁有復雜的幾何結構，而制造復雜的結構恰好是增材制造技術在工業制造中的競爭優勢之一，可以說晶格設計與增材制造的絕妙組合將給產品帶來獨特的創新性。

裕克施樂在這方面已積累了實現大批量精益生產的應用經驗。裕克施樂從運動鞋中造切入到了3D打印市場，注重先進技術的創新與研發，在面向增材制造的晶格結構設計與這類結構的增材制造（3D打印）批量生產領域走在業界前列。裕克施樂通過位于德國、美國和中國（太倉）的生產基地，已經生產了超過200萬個3D打印零件。延伸閱讀：小點陣、大洞天，一文洞悉3D打印為緩沖、防護產品創造新機遇的精益之道

裕克施樂有針對性地細化用戶對于產品創新的需求，利用晶格點陣設計擁有的獨特設計靈活性，達到用戶產品所需的功能，性能等要求，并為產品品牌方提升品牌價值。