仿生力学的应用，Fraunhofer ILT开发用于夹持光学组件的 3D 打印新型精密机械手

位于德国亚琛的Fraunhofer ILT弗劳恩霍夫激光研究所近日通过 LPBF 金属3D打印工艺（基于粉末床的激光熔化制造工艺），与亚琛工业大学数字增材生产学院(RWTH DAP)合作开发并制造了一种新型精密机械手，夹持臂比其前身更轻，但足够稳定，能够以超精确的精度安装和调整更重的激光光学器件。

夹臂由静止部分和运动部分组成夹臂 – 用于高精度调整空间组件的中心工具

©亚琛弗劳恩霍夫激光研究所（Fraunhofer ILT)

实现精密制造

弗劳恩霍夫激光技术研究所 ILT 在精密制造方面不断探索，近年来，在亚琛的弗劳恩霍夫激光技术研究所 ILT 开发和组装了用于太空作业环境的激光系统。

用于太空作业环境的激光系统

振动测试和气候模拟实验室 – 这些是在开发用于空间环境中使用的激光3D打印系统的典型过程与环境。尽管负载很高，但系统必须保持调整到微米，以便能够在太空中安全工作。

在亚琛的弗劳恩霍夫 ILT，此类激光系统的组装技术在过去几年中得到了发展和不断改进。Fraunhofer ILT 的专家与 DLR、Airbus Defense and Space、Tesat Spacecom 和 ESA 等合作伙伴合作，构建复杂的光学系统。

使用 Kuka 机器人进行混合增材制造

通过现代技术设置这些光学系统：所有必要的调整步骤都是通过手动引导机器人使用拾取和对齐过程执行的。

夹臂是一个中心工具，它位于六脚架上，以微米精度将组件定位在光学结构中。在那里它们被调整到几微米并通过焊接固定，夹臂的结构对装配精度具有决定性意义，同时也规定了光学元件的最大重量。

采用仿生力学设计和增材制造方法，可提供更大的承载能力

为了进一步提高装配技术的性能，Fraunhofer ILT 开发了一种全新的夹持臂。完成后，亚琛工业大学数字增材生产学院RWTH DAP 的研究人员还设计了仿生力学结构，以便在降低自重的情况下增加其有效载荷。

增材制造中的人工智能

拓扑优化的夹持臂最终通过 LPBF 金属3D打印工艺（基于粉末床的激光熔化制造工艺）制造，由于经过特殊的后处理，夹持臂达到了 ISO5 洁净室等级。这是一个绝对的新奇突破 – 此前普遍认为增材制造带来的零部件上的残留粉末将阻止其在此类精密工具中的应用。

新的夹臂分为静止部分和运动部分两部分。所需介质的供应线集成到夹持臂中，以最大限度地减少污染，这其中增材制造中的人工智能发挥了微妙的作用。

为了未来的使命

这种精密工具可以移动比以前使用的工具重得多的部件，同时可以实现更稳定的调整。借助这项技术Fraunhofer ILT正在为开辟一条新道路。开发过程中不是首先设计然后检查组件是否具有所需的特性，而是针对负载场景优化了组件几何形状，这对于加快设计开发过程具有更加确切性的价值。

新型夹具用于 Fulas 的航空航天项目中，Fulas 是一家总部位于亚琛的公司，这家公司为在航空航天项目中设置激光系统而开发通用技术平台。Fraunhofer ILT将整个开发过程中的经验融入到新夹具的生产中，这对于其他领域的应用具有借鉴价值。

根据ACAM亚琛增材制造中心在2021年formnext深圳展会上关于《增材制造技术“深潜”-前沿发展趋势》的分享，3D打印-增材制造的发展趋势朝向多维度的深化层面，面向量产应用，3D打印突破当前应用对经济性要求的限制，向应用端深度延伸走向产业化的一条发展路径是实现结构更加复杂的产品。

而ACAM亚琛增材制造中心研发联合体成员Fraunhofer ILT与亚琛工业大学RWTH DAP增材制造学院正在这个方向推进。

来源:3D科学谷