1.总体要求

该平台由执行机构系统、熔丝电源系统、大盘丝送丝系统、清枪剪丝系统、增材制造软件、增材过程监控系统、数据采集反馈控制系统、除尘除湿加热系统、安全防护系统等组成，具备完成大型金属构件增材制造功能；同时具备加热除湿、排烟除尘、清枪剪丝、大盘丝送丝、安全防护、照明等功能。软件应具备完成模型分区、切片、路径规划、参数设置调用、无需网络或U盘自动下载程序并启动设备增材功能，同时具备增材过程中过程工艺数据采集功能，内容包括：环境温湿度、电流、电压、送丝速度、气流量、层间温度、熔池视频，成型工件点云数据等，并可通过多个显示屏将以上数据进行展示、孪生、存储和导出，可通过专用离线软件进行查看、分析和质量追溯；设备具有任务管理，RFID权限控制及MES接入功能。

★1.1成型范围：≥Φ1200mm×H1800mm；

▲1.2生产效率：≥1kg/h（铝合金）；

1.3设备为一体式结构，且设计合理，具有足够动/静态强度、刚度和稳定性；设备操作符合人机工程原则，以减轻操作者的体力、脑力消耗；

1.4以软件的方式实现从设计到制造的快速转换，缩短工艺设计及编程开发周期，降低研发成本；

▲1.5通过向增材制造软件导入三维模型，自动生成切片路径并控制机器人运动，快速实现零件的打印；

★1.6可扩展配置外部轴。实现工件的旋转或翻转，简化结构件的打印，并通过外部轴位置的变换组合完成悬空结构件及其他复杂结构件的打印。内置可编辑的电弧增材工艺库，实现打印参数的设置和调用；

★1.8采用一体式集成控制的防护外壳，实现门机联锁；配备排烟除尘系统，具有加热除湿功能；具有大盘丝焊丝的送丝能力，以减少焊丝更换频率提高增材效率；

2.设备组成及技术要求

2.1执行机构系统

由增材机器人（六轴工业机器人）、变位机、机器人安装底座组成。增材机器人用于搭载焊枪、增材监控系统。变位机用于安装柔性工作台并承载增材构件。机器人安装底座用于连接固定增材机器人与变位机。增材机器人与变位机可以进行多轴联动协同，实现大型复杂构件的增材制造。

★2.1.1增材机器人，规格参数：

到达距离≥2500mm；有效荷重≥40kg；重复定位精度≤±0.06mm；绝对定位精度≤±1mm；重量≤600Kg；软件配置弧焊软件包。

★2.1.2 变位机为双轴旋倾式，具体参数：

最大负载（kg）≥750；回转直径(mm)≥1250；最大连续扭矩（N*m）≥900；重复精度（r=500）≤±0.1°最大旋转速度（°/s）翻转轴≥15；最大旋转速度（°/s）旋转轴≥50；变位机倾斜角度范围-90°—+90°。

2.1.3 安装底座：变位机与机器人具有一体式连接底座以保证其相对位置。

2.2熔丝电源系统

由焊机、水箱、焊枪、送丝机组成。焊机用于提供增材过程需要的电流。水箱用于对增材过程中相机和焊枪进行水冷散热。焊枪内置拉丝马达用于增材过程中焊丝末端推送，内置水冷管道对焊枪进行散热，内置送气管道在增材过程中进行保护气输送，保证增材质量。送丝机用于对焊丝进行推送。

★2.2.1交流变极性MIG焊接电源，具备CMT模式、脉冲+CMT模式、变极性CMT模式、变极性CMT+脉冲模式和普通MIG/MAG多种焊接模式；

★2.2.2支持CMT Advanced + pulse工艺。

2.2.3具有铜合金、铝合金、碳钢、不锈钢和钛合金等材质的专家数据库，可实现这些材料的熔丝功能；

2.2.4具有远程操作控制器，具备熔丝专家数据库，可便于调节成形工艺参数；

★2.2.5配置水冷焊枪以及水箱，循环水冷却系统，冷却系统自动控制；

★2.2.6熔丝电源可实现双脉冲功能；

2.2.7可通过计算机加载软件扩展设备功能，并配有相应升级器；

★2.2.8熔丝电源上具有机器人现场总线接口，便于用户二次开发。可保证熔丝电源在熔丝过程中控制精确，电弧稳定，实现低热输入和无飞溅成形。

2.3大盘丝送丝系统

具备温度湿度控制、称重信息采集、设备报警功能。盘丝存放舱室为独立舱室，内置除湿加热装置、称重装置、保证盘丝存放舱室具备存放条件。缓冲装置用于盘丝在快速启动和快速停止情况下保证丝材输送的稳定性，避免发生丝材缠绕。

★2.3.1具备存放及输送≥60kg大盘丝能力以保证增材过程无需频繁更换焊丝；

▲2.3.2送丝系统的控制精度：0.1m/min；

▲2.3.3具备存储环境除湿保温能力保证焊丝干燥功能；

★2.3.4具有≥20米长距离送丝能力；

★2.3.5送丝系统能力参数：送丝直径Φ0.8mm-Φ1.6mm、送丝速度；0m/min- 18m/min；

▲2.3.6具备RFID识别功能，用于送丝管理；

2.3.7具有丝盘称重及焊丝少量预警功能；

2.3.8具有焊丝末端检测功能；

2.3.9无需与外部设备通讯，具备被动送丝功能。

2.4清枪剪丝系统

由清枪装置、剪丝装置、喷油装置组成。清枪装置作用是清除喷嘴内表面的飞溅，以保证气体的通畅和稳定。剪丝装置用于焊丝进行起始增材前保证焊丝的干伸长度一定，提高干伸长度的精度和起弧的稳定性。喷油装置作用是喷出防飞溅液来降低焊渣的附着率；

2.4.1支持由机器人控制该设备的运行，设备也会将相应的反馈信号提供给机器人；

▲2.4.2配有喷油装置，能使焊枪枪头在清枪后被喷射防飞溅剂，减少焊接飞溅重新附着于焊枪上；

2.5增材制造软件

可以实现切片、控制、显示一体化控制，由软件直接生成切片路径并控制机器人运动实现3D打印，主要操作步骤包括创建增材项目、导入工件数模、配置工件坐标、配置增材参数、路径规划、模拟仿真、打印增材、实时监控、输出增材报告。

2.5.1项目管理

每个零件可以建立一个打印项目，可以对多个零件进行归类管理，亦可保存调用，方便打印作业过程不同零件的管理工作；零件的切片参数和工艺参数在项目内即可完成设置并保存调用；

▲2.5.2布局仿真

离线调用设备布局进行仿真操作，可在软件中进行动作模拟、制作动画，用于前期产品开发规划仿真，直观报告阐述以及离线调试，减少现场调试时间。

★2.5.3动态路径仿真

具有动态路径仿真能力，在生成打印路径后可进行360度动态变速查看打印过程。

▲2.5.4可达性仿真

通过布局仿真和动态路径仿真，直观可视展示打印过程，确认搭建的布局图是否能够满足零件的可达范围；

▲2.5.5关节限制仿真

运动仿真打印过程，如果出现路径超出机器人可达范围或者是某个机器人关节受限，导致路径不可达时，机器人关节自动报警，提示关节受限；

2.5.6奇异点仿真

当机器人路径处于奇异点时，仿真会暂停并提示。

▲2.5.7碰撞检测仿真

可设置机器人或其他设备与工件及配套设备之间的碰撞检测，当被设置的设备发生接触时则提示报警，以便于在打印前期调整路径。

2.5.8生成打印报告

可将产品打印的过程生成打印报告，用于成品的过程核对。

▲2.5.9数模读取和切片处理

采用主流的模型切片算法，对使用者设计的产品进行分层切片处理，算法可充分满足电弧增材的精度需求，可支持stl/stp等主流格式。

▲2.5.10参数化设置

软件结合弧焊工艺特点，对起收弧，道间填充等采用专门的算法，分层精度≤0.25mm，打印切片参数设置不少于：工艺参数，填充区域分区参数，工艺库参数，旋转切片参数，速度参数，支撑参数，分层参数，摆焊参数，外部轴参数，填充参数，路径控制。

▲2.5.11智能路径规划

软件根据切片处理的层面智能地选择打印的路径：自动识别工件数模中包含的需要特殊处理的特征，包括搭接位置，边角，薄壁，小空隙等，并自动优化打印路径。

▲2.5.12填充方式选择

支持多种常规填充方式，包括：直线、往复、偏置、专有的轴线往复、单道路径及螺旋路径，适用于复杂形状（如变壁厚、异形轮廓、薄壁件、回旋体等）。

2.5.13焊枪姿态调整

路径规划完成可以人工修改机器人姿态、点位等，保证打印的最终效果。

2.5.14打印接口控制

仿真完成后可通过点击按钮，打印数据自动传输到机器人端，并执行打印操作。

2.5.15专家工艺库

软件内置可二次开发的电弧增材工艺库，可实现打印参数的设置、保存和调用。

★2.5.16机器人精度修正

对机器人绝对精度进行标定与校正，使绝对精度≤±1mm。

★2.5.17层间控制功能

打印过程中自动测量工件温度场，并设定起弧温度，实现打印过程中进行层间监控，确保打印工艺和质量，并可实时展示打印过程中的温度场，以便工艺人员进行分析。

▲2.5.18外部轴联动功能

在机器人本体的智能控制基础上配置双轴变位机，实现多轴联动，通过外部轴位置变换完成复杂结构件打印。

★2.5.19动态路径规划功能（3D扫描相机功能）

3D扫描相机通过电弧增材制造软件控制，能够实现在大型、复杂造型构件打印时，替代人工测量和干预调整打印程序，对打印工件进行在线扫描重构，分析打印精度偏差，结合动态路径规划算法，对打印精度进行补偿和修正。

2.5.20可扩展处理3D 相机的点云文件，搭配3D 相机对待打印零件进行逆向重构。

2.5.21服务器

2.5.21.1 CPU：参照或相当于英特尔 Xeon4210R(10C,100W,2.4GHz)及以上处理器。

2.5.21.2系统：支持Windows 10；

2.5.21.3显卡：T400-4G以上独立显卡；

2.5.21.4硬盘：8T SATA3.5寸7.2K（Raid5）及以上；

2.5.21.5内存：32GB DDR4；

2.5.21.6有线网卡：六口千兆；

2.5.21.7分区要求：C盘大于150GB；

2.5.21.8 RAID：高性能RAID卡（2G）；

2.5.21.9 远程管理模块：板载远程管理模块（IPMI），RJ-45接口；

2.5.21.10 电源：550W电源。

2.5.22软件版本有更新迭代的版本升级时，可终身免费进行版本迭代升级。

2.6增材监控反馈闭环控制系统

由熔池监控相机、3D视觉相机、温度场相机、数据采集软件组成。熔池监控相机作用是通过软件界面实时观察增材过程中熔池的形态及变化；通过数据采集软件，能够显示和采集增材过程熔池形态视频，并保存服务器作为分析数据。3D视觉相机作用是配合软件动态路径规划功能，在增材过程中定期对增材工件表面进行测量，实时感知过程缺陷，当表面误差达到预设值后对工件剩余模型重新切片规划路径，动态修正增材程序。同时可以通过采集软件对工件实际打印的模型进行建模重构，并具备尺寸测量功能，并保存服务器作为分析数据。温度场相机用于层间测量增材工件及其表面的温度，通过软件控制，能够显示和采集增材过程工件层间的温度场分布，并保存服务器作为分析数据。

★2.6.1温度场相机规格参数：

2.6.1.1具有温度场相机，可在打印过程中测量工件温度场；

2.6.1.2配合软件可实现在打印过程中进行层间降温等待，确保打印工艺和质量；

2.6.1.3实时展示打印过程中的温度场，以便工艺人员进行分析；

2.6.1.4帧率：≥30Hz；

2.6.1.5测温最远距离不小于2m；

2.6.1.6精度：±5%或±5℃；

2.6.1.7测量范围：满足0~500℃。

2.7数据采集软件

由质量过程监控模块和设备管理监控模块组成。

质量过程监控模块具备在增材过程对机器人和变位机的关节轴数据进行采集，通过算法映射出实际打印的动作和姿态，实现数字孪生；采集增材过程的电流，电压，送丝速度等参数，并通过可视化图形实时展示并进行数据储存；采集设备内部温度和湿度信息，并控制除尘除湿加热系统对设备内部温度和湿度进行控制。设备管理监控模块包括设备详情、设备信息、员工信息、任务信息、能耗数据、易损件更换提醒等信息，为全流程有效管理提供保障。

▲2.7.1存储空间≥16T，支持1个月内生产过程数据存储、回看、导出。可以将焊接电源设定的电流、电压、送丝速度和实时电流、电压、送丝速度数据进行比较，可及时跟进设备的生产状态。

2.7.2过程质量实时监控

▲2.7.2.1可查看增材高度、进度，当前环境温度、湿度等信息。看板具有页面切换功能：自动切换时，根据采集到的信号自动切换至指定对应页面；手动切换时，点击左右切换按钮切换显示页。

▲2.7.2.2过程质量实时监控看板可调控打印舱室内温度、湿度，调整模型点云大小功能。

▲2.7.2.3路径孪生显示：可设置路径孪生区域单次显示多层或一层路径；可显示当前打印工件的预设模型，可以过滤该高度下的点位数据；可以快捷查看X,Y,Z轴视图，也可以对预设路径自由拖动查看。

2.7.2.4布局分布：可拖动配置路径孪生、工艺参数、视频监控、温度场、点云和熔池监控在页面上的显示顺序。

▲2.7.2.5软件界面可实时同步显示打印过程中熔池和电弧的画面，并与其他过程参数进行同步，真正做到过程质量追溯，可回查打印过程参数及电弧熔池状态。

2.7.3过程质量在线回看

2.7.3.1根据产品编号和时间筛选需要进行回看的记录，支持回看多条记录。

▲2.7.3.2可对指定增材记录进行增材过程回放，包括路径孪生、工艺参数、视频监控、熔池监控、温度场和点云数据。

2.7.4过程质量离线回看

2.7.4.1支持Windows环境安装。

2.7.4.2支持本机或者局域网内导出增材过程监控数据至本地磁盘（包括移动硬盘）。

2.7.4.3支持导入增材过程监控数据，可对增材过程监控数据进行离线回看。

2.7.5设备详情

2.7.5.1设备名称：可显示设备信息包括状态，型号，编号和序列号。设备状态包括故障、离线、运行和空闲。

2.7.5.2 设备综合效率统计：可按周和按月统计设备故障、离线、运行和空闲状态时长和占比，统计设备综合效率。

2.7.6人员信息

2.7.6.1人员信息：可显示设备信息当前操作员信息，包括姓名、工号、职级和权限。

2.7.6.2刷卡登录：支持账号和刷卡登录系统。

2.7.7任务列表

2.7.7.1任务列表：可显示该人员和该设备下的任务列表，任务状态包括已完成、运行中、未开始和已取消。

2.7.7.2任务领取：登录人员可认领未分配至责任人的任务。

2.7.8设备耗能数据

▲2.7.8.1具备统计单一产品型号、日、周和月电能、焊丝、气体消耗情况。

2.7.8.2更新频率：每30秒重新计算设备耗能数据，并实时推送至看板显示。

2.7.9易损件更换提醒

软件后台具有易损件（如导电嘴、石墨导丝管、送丝管和分流器）计划使用时间和提前预警时间。更换易损件后，看板上可点击更换按钮更新更换时间，并重新计数。

▲2.7.10数字孪生

通过实时采集机器人的六轴角度、外部轴角度数据，实时跟进看板中的机器人轴角度数据，实现设备孪生。实时采集焊机的起弧状态和机器人TCP位姿数据，实时在看板中绘制增材路径，实现增材路径孪生。通过设备布局平移、旋转等功能，实现布局孪生。数据采集频率≥20Hz。

2.8 离线数据查看软件

用于查看和分析由数据采集软件导出的过程工艺数据，以便分析和定位增材过程中的质量问题，快速定位问题，以便进行后续质量改进。

2.9除尘除湿加热系统

由除尘装置、除湿装置、加热装置组成。除尘装置用于增材过程中烟尘的吸收和过滤，过滤后的空气再进行循环；除湿装置用于降低空气中的湿度以满足相应打印条件；加热装置用于提高打印舱室的温度以满足相应打印条件。

▲2.9.1支持面板操作起/停；支持远程开关量控制起/停；具有更换滤芯提醒功能；具有风机电动机过流、过载、过/欠压、断相/不平衡、相序保护措施，均由故障指示灯提示故障，并停机保护。

2.9.2具有压差模式和定时模式触发清尘功能，也可根据需要进行切换，调整清灰间隔时间；支持开、停机清尘功能，间隔时间与运行时间可调整。

▲2.9.3可根据打印材料进行环境湿度自动调整，调整范围 45%RH～70%RH，调整精度为±5%RH(5%RH-95%RH.25℃)；可根据打印材料进行环境温度自动调整，调整范围-10℃～40℃,调整精度为±1℃。

2.10安全防护系统

包括防护房、报警装置、警示灯、急停按钮、门机联锁装置等。防护房作用是隔温、隔音、防弧光、防止烟尘扩散、保护操作人员安全。报警装置与警示灯用于设备发生故障或有危险操作时进行报警。急停按钮用于危急时刻对设备进行紧急停止。门机联锁装置用于防止设备正常工作时操作人员进入。

2.10.1具备整体式全封闭的安全防护设计，防止焊接弧光辐射，隔离焊接时产生的噪声；防辐射能够满足UL 94-2018 中的V-2等级的要求，噪声能够低于85dB；移动门上配置防弧光观察窗口，方便人员观察设备内部情况；

2.10.2操作面板集成操作按钮盒、显示屏、三色灯、示教器RCU抽屉、工具抽屉和键鼠抽屉；

2.10.3操作按钮盒配备启动、停止、暂停、复位、急停按钮，并与软件行程闭环控制；

2.10.4配备检修门并配有安全锁，保证门关闭情况下才可进行打印，打印过程打开检修门则停止打印。

2.10.5配备蜂鸣器与警示灯，设备报错时可进行相应提醒。

2.11其他配置要求

2.11.1显示屏配置3个，分别用于显示软件操作界面，监控界面和数据采集界面；

2.11.2具有增材成品工件的正面叉车叉装及顶部吊装空间。

2.11.3设备安全防护装置安全可靠，应符合 GB15706.2《机械安全基本概念与设计通则第二部分技术原则》中第 4、5、6 条要求、GB5083《生产设备安全卫生设计总则》中第 4、5、6、7 条要求、GB/T 16856《机械安全风险评价的原则》等标准要求中第 4、5、6 条要求；

2.11.4设备应采取减振、隔振措施，噪声应满足 GB/T 50087-2013《工业企业噪声控制设计规范》的要求。