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西门子6AG1123-2GA03-2AX0
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SIEMENS 上海翰粤自动化系统有限公司
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公司主营：工业自动化控制系统工程，工业自动化设备，自动化成套设备，电子产品销售及维修
赞 (1)增材制造为西门子等企业创造了许多新的机会，在服务行业尤其如此。位于德国埃尔兰根的西门子增材制造能力中心已在高效快速地为铁路行业制造单独的定制化备件。
埃尔兰根是一个位于纽伦堡北部的大学城，城中的西门子园区内有一栋两层的建筑物。它看起来并不像一座备件生产工厂。这里既没有烟囱，也没有厂房，更没有装配线。相反，这里有巨大的窗户、百叶窗和一尘不染的过道。
然而，在过道门后，西门子交通集团正大步迈向备件制造的新时代。在这里，部件是打印出来的，而不是从模具中取出或是由金属块铣削而来。以西门子在3D打印方面的专业知识为基础，2014年，西门子在埃尔兰根设立了增材制造能力中心。
铁路行业的理想之选
在工厂展厅，业务运营负责人Tina Eufinger从玻璃陈列柜中取出一只黑色的塑料扶手。乍看之下，它似乎只是有轨电车上一个符合人机工程学的组件，但其实远不止于此。这个组件是工厂为展示3D打印技术在制造备件领域应用的*性而开展的试点项目的成果。
西门子增材制造能力中心内的激光装置打印出金属部件。
3D打印的大潮正在袭来。美国市场调查机构IDC预计，从2016年到2019年，3D打印市场销售额每年将增加30%，zui终达到260亿美元以上。在这个领域内的技术创新也将有助于各行各业大幅提升灵活性。例如，由于相关技术将帮助人们更快推出设计和原型，飞机发动机和控制系统将能够使用更多经济划算且批量打印而得的备件。3D打印也适用于生产少量组件。在铁路行业，列车的使用寿命往往长达30年以上。3D打印可以快速、经济地生产出鲜少使用的塑料或金属备件。而从打印组件中积累的操作经验将有助于进一步推动技术进步。中心研发负责人Maximilian Kunkel表示：“增材制造技术将非常适合交通集团。我们可以制造出复杂部件，而无需担心zui小生产量或使用工具的成本。”
德国南部乌尔姆市的市政公用事业公司就是增材制造技术的受惠者。2003年，这家公司投放了少量西门子Combino有轨电车。后来，一些有轨电车司机提出希望在驾驶座扶手上加装转弯信号灯开关和切换轨道开关。但由于所需数量很少，常规制造方法比较不便。然而，借助扶手的数字模型，制造者可以在上面重新设计出用于安装开关的空间。生产过程采用激光烧结，首先在3D打印机中铺一层塑料粉末，以此为底可逐层打印出每一个扶手。当激光照射到塑料粉末上时，粉末会立即变粘，并很快变成块状。清除多余粉末之后，操作人员便得到了一个坯件，经过着色和表面处理后即可使用。
计算机辅助设计专家Linda Schönweiß和Nina Meller制作出用于3D打印的模型。
Lars Buchmann从3D打印装置中取出刚刚制作好的金属组件。
3D打印专家Thomas Harsch站在塑料组件打印装置前。
在过去，每当备件缺货，有轨电车运营商通常需要花费数周甚至数月时间来等待昂贵的制造工具被生产出来。不仅如此，他们通常还不得不按zui小批量购买部件。如今，埃尔兰根能力中心能在短短几天内制作出备件并交付给客户。3D打印还可以快速而又轻松地制作出采用常规方法极难制作的具有复杂几何形状的组件。事实上，3D打印往往比采用其他方法制造部件再贮存备用更为经济划算。
不只是扶手
针对增材制造任务，西门子能力中心团队会首先创建一个计算机辅助设计（CAD）模型。通过优化设计、选用优质材料，以及改进打印过程等，这个模型往往比部件的初始模型好得多。为制作出与模型相对应的实物，相关数据被发送至中心的三台打印装置之一处，装置会利用塑料、铝或不锈钢制作出部件。之后，还需要进行操纵测试、硬度测试，以及zui为重要的防火测试。为了防火，整个中心几乎全部使用了一种低易燃性的高性能塑料。Maximilian Kunkel表示：“当其他制造商还在进行部件测试时，我们已在标准化金属和塑料的打印过程，这样就能事先保证诸如功能和使用寿命等属性达到要求。自中心建立以来，埃尔兰根和柏林的西门子*研究院的同事一直给予我们鼎力支持。”
根据Combino有轨电车司机提出的要求，少量扶手经重新设计配备了集成开关。这些扶手是采用增材制造技术打印出来的。
毫无疑问，3D打印专家Michael Kuczmik带领的11人团队不仅仅只会制造扶手。Tina Eufinger向我们展示了一个电机轴承盖。与原来的部件不同，这个打印出的组件是中空的并填充了粉末。新组件有许多优点，包括减少振动以防止磨损。另一个例子是*代ICE高铁列车的定制开关柜。这个组件现已不再大规模生产。德国联邦铁路公司很少用到这个组件，也无法提前计划其需求。因此，通过3D打印来制造开关柜可以缩短列车停运时间，从而节省一大笔费用。
打印出的备件还有其他优点。由于改进了设计，需要的材料通常比原来的组件少，因而更加轻巧。此外，它们通常使用寿命更长。有时候，还可以集成附加功能。不过，这些组件也有一些不足。例如，备件尺寸不能超过打印装置的打印室。不过，操作人员有时可以用小组件组装出大部件。例如，有轨电车的挡泥板由三个部分组成，由于有轨电车交通事故一般只损坏挡泥板的右侧，因此通常仅需更换这个组件的三分之一左右。
虚拟库房
新能力中心收到的订单也在不断丰富其备件的虚拟库房，目前这里已储存了450个数字模型。现在，再也不需要实物库房来贮存这些备件，制造过程也不要求任何火花四溅的电焊机，更不要说铸造间了。相反，西门子埃尔兰根园区处处绿意盎然，在绿色深处有一座集研发实验室和制造工厂于一体的能力中心，它将持续快速而又经济地借助按需打印流程，为轨道列车提供备件。3D打印的下一阶段可能是移动制造技术。位于新泽西州普林斯顿的西门子研究院已经研发出了一种外表形似蜘蛛的机器人原型。它们可以协同工作，打印出各种结构和表面，从而有可能加快飞机机身和船舶船身等大型复杂结构物的制造流程。
位于普林斯顿的西门子研究院实验室内有大型蜘蛛出没。人们发现它们在堆积一种散发甜味的粘稠物质。这些物质似乎一接触到一种平滑、光亮的表层就会立即变干。虽然出现的蜘蛛越来越多，却没有人拉响警报。这其中自有原由……
这些“蜘蛛”并非来自郁郁葱葱的普林斯顿周边区域，而诞生于虚拟世界。如今，它们已走入现实，来到西门子研究院自动化与控制技术领域产品设计、建模和模拟研究小组负责人Livio Dalloro等人工作的地方。Dalloro的团队称这些“蜘蛛”为SiSpis，或西门子蜘蛛。借助自身装载的*技术，它们有可能在将来变身为新型产业工人。
西门子研究院自动化与控制技术领域产品设计、建模和模拟研究小组负责人Livio Dalloro认为，借助自身装载的*技术，这些“蜘蛛”有可能在将来变身为新型产业工人。
“SiSpis是西门子灵动制造系统（SiAMS）的一部分，它们代表着西门子研究院在普林斯顿开展的自主系统研究工作的核心。”Dalloro表示。他解释道，从本质上讲，这些像蜘蛛一样的机器人其实是有腿的全自主增材制造装置。他说：“我们打算使用多个自主机器人协同工作，以增材制造的方式生产出汽车车身、船舶船体和飞机机身等结构物。”增材制造，也叫3D打印，是通过逐层叠堆选定材料，生产或精制出产品或表面的技术。
协作是关键
当然，在像船舶船体这么大的结构物内表面叠加一层材料可能需要数百只“蜘蛛”共同完成。因此，问题的关键在于，这样一支机器人*将如何共同工作？答案就是机器人的自主能力。Hasan Sinan Bank是这个项目的主要成员。他解释说：“每只‘蜘蛛’都只能生产一个工件的一小部分。因此，我们试图将这些机器人所要开展的合作类型加以概念化并进行优化。”Dalloro的团队研发的算法可以助这项工作一臂之力。这些算法可用于规划由多个机器人合作执行的任务。如此，两个甚至更多“蜘蛛”就可以合作进行单个物体或区域的增材制造或表面加工。
为了做到这一点，这些机器人使用机载摄像头和激光扫描器来解读周边环境。由于每个机器人都知道自己3D打印臂的活动范围，它们能够自主制造出自己所覆盖的或平坦或起伏的区域部分。而其它机器人则使用相同的技术来制造相邻区域。通过将每个区域划分成垂直区块，这些机器人能够合作覆盖十分复杂的几何结构物，而不会漏掉任何区块。Bank表示：“没有任何其他人尝试过使用移动制造技术来完成这样的任务。”
项目旨在创建自主移动制造平台原型。
每次在虚拟世界里设计出蜘蛛机器人组件后，工程师都会用3D打印技术将之制作出来。
蜘蛛机器人使用机载摄像头和激光扫描器来解读周边环境。
自主性也是这些蜘蛛机器人的特点之一。例如，这些机器人知道它们目前在特定环境内的具体位置。在使用约两个小时后，当电池余量不足时，蜘蛛机器人将自行返回充电站。但在这之前，它会将数据发送给另一只刚充完电的机器人，以便后者紧接着执行它未完成的工作。同样，每当遇到障碍物，蜘蛛机器人将自主找路绕过障碍物。西门子蜘蛛工人项目于2014年1月启动。Dalloro指出：“这个项目的目的是创建自主制造机器平台原型，它能够理解任务，并将之划分为多个子任务，分配给可用机器人，以合作、协调的方式进入制造过程，而无需显式编程。”
借助西门子PLM软件解决方案NX，以及Dalloro团队开发的结合NX与ROS（机器人操作系统）的混合软件，蜘蛛机器人迅速初具雏形。Dalloro表示：“除蜘蛛机器人的迷你电机和电缆是已有产品外，从机械部件到软件等所有组件都是我们自行开发的。”与这个项目着眼于高级制造技术相契合的是，在虚拟世界里设计出蜘蛛机器人组件后，工程师们会用3D打印技术将它制作出来。
Dalloro团队研发的算法可用于规划由多个机器人合作执行的任务。由此，两个甚至更多机器人可以合作进行单个物体或区域的增材制造或表面加工。
除此之外，这支团队必须规划机器人的行为。Bank说：“我们必须开发软件工具来模拟机器人在团体中的行为。”这意味着研发团队必须设法精确校正蜘蛛机器人的制造喷嘴。每只“蜘蛛”都配备了与传统3D打印机的挤出机类似的装置，但目前仅能使用一种叫聚乳酸的含玉米淀粉和甘蔗的打印材料。
这些蜘蛛机器人将走向何方？显然，研究人员已经实现了他们zui初的目标：开发出具有zui大限度的自主性和zui低限度的编程要求的系统。Bank表示：“这项技术一旦发展成熟，就可用于制造几乎任何物品。”
