深度：为什么电弧金属3D打印专用CAM软件很重要？

我们知道，增材制造是指基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动“直接”制造零件的科学技术体系。那么，对电弧增材制造来说，从零件三维数据到制造这之间的过程真的可以“直接”完成么？

要回答这个问题，我们首先要了解电弧增材系统执行的增材程序是什么样的，是如何生成的。

为了获得更大的增材范围、更自由的增材角度，电弧增材往往采用6轴工业机器人作为执行机构。增材时机器人的运动轨迹是由数万个甚至更多“空间点”组成的复杂空间轨迹。这数万个点，需要优化路径间的连接顺序, 计算机器人设备的可达性, 调整点位姿态，再添加设备控制指令、工艺参数信息等，才能生成机器人可执行的增材程序。

在实践应用中，要生成如上所述的增材程序，有四种常见的编程方式：通过手工建模结合机器人离线编程软件直接编程、通过减材CAM软件与机器人后处理程序结合编程、通过其他增材制造CAM软件与机器人后处理程序结合编程、使用电弧增材专用CAM软件编程。

通过手工建模结合机器人离线编程软件直接编程，一般是指手工建模规划出简单的图形轨迹，再通过偏移、复制等方式生成逐层的轨迹，在机器人离线编程软件中完成编程。这种方式要求零件模型本身不能太过复杂。然而实际应用中，需要增材实现的往往是传统制造方式难加工、甚至无法加工的产品结构设计，很难被直接拆分成规则的图形特征，而一旦模型中有不规则的曲面等形状，就更要牵扯到极为复杂的数学算法，轨迹编程的难度将非人力能及。因此，这种编程方式往往被用于制作一些试样、试块等规则、简单的零件，而不适用于实际生产。

通过减材CAM软件与机器人后处理程序结合编程，核心思路是认为增材过程的“自下而上”和减材制造的“自上而下”是刚好相反的过程，因此先通过成熟完善的减材CAM软件生成减材的路径轨迹，然后将轨迹中的点顺序“反转”生成“逆行”的增材路径轨迹，生成G代码，再通过定制开发的机器人后处理程序将G代码转成机器人可执行的程序。然而，增材、减材绝不是简单相反的工艺过程，两者在轨迹规划时要考量的工艺因素存在着诸多差异：比如减材的路径中已经去除的位置可以出现重复的路径，然而增材过程中重复的路径会导致重复的堆积从而产生缺陷；又比如减材轨迹的行走速度变化与增材所需的变化也不同，等等。因此这样生成的增材轨迹必须要做极大量且极高难度的人工干预和修正，但依然很难完全适应电弧增材的各项工艺特性。在实际应用中，用这种方式完成一个零件的编程时间往往需要以周甚至月计，并且对于编程人员的能力和经验要求都极高，不具备实践价值。

通过其他增材工艺CAM软件与机器人后处理程序结合编程。这种方式存在的问题，本质上与使用减材CAM软件的方式一样，是工艺上的不适用。由于增材程序的路径规划与工艺密不可分，对于电弧增材来说，规划合理的切片填充方式、路径顺序、起收弧位置、机器人焊枪姿态，尽量减少起收弧次数，针对特殊特征如拐角、搭接、薄壁等位置的优化处理如轨迹优化、速度优化等，都决定着电弧增材的成型质量。因此直接使用其他增材工艺CAM软件生成的程序，增材过程中会产生诸多质量问题。而为了要生产出质量合格的零件，就必须依赖于大量的人工干预编程，从而陷入和使用减材CAM软件编程一样的困境。

到这里，其实开篇问题的答案已然揭晓。要想真正意义上的实现从设计到制造的“直接”衔接，能够充分适应工艺特性实现自动规划、智能优化增材程序的电弧增材专用CAM软件是唯一解。

然而，要开发通用、实用、易用的电弧增材专用CAM软件，投入巨大且绝非一日之功。不仅需要能跨学科融合计算机图形学、机器人运动学或材料学技术的高端技术研发人才，丰富的硬件集成经验，更需要长期持续的生产实践来不断积累工艺经验。这也是为什么我们放眼全球市场上，虽然不少CAM软件可以“兼容”电弧增材，但真正能应用于生产实践的电弧增材专用CAM软件则是凤毛麟角并且价格高昂。

目前市场上，部分电弧增材成套系统如WAAM3D的RoboWAAM、GEFERTEC的3DMP等会搭载系统专用的软件；个别电弧增材“骨灰级”用户使用自研自用的定制软件，除此之外，较为成熟可以商用的电弧增材专用CAM软件主要有METAL XL和IungoPNT两款。另外，一家2021年成立的法国-瑞典跨国初创公司Adaxis在研尚未发布的软件平台也值得关注。

2019年11月，荷兰MX3D公司推出了商用版软件产品METAL XL。在此之前数年间，MX3D一直作为增材服务商，为客户提供电弧增材打印服务。行业内经典的“3D打印金属桥”案例就是MX3D的成名作。从2019年开始，MX3D公司开始转型为用户提供装备、软件和工艺解决方案。

由来自国内电弧增材制造技术高地南京的衍构科技开发，IungoPNT则是一款更早在2017年就正式投向市场的国产软件产品。从2013年启动研发，衍构科技就一直以：“为用户提供“点击即打印”的智能电弧增材专用CAM软件，助力电弧增材走进千万工厂“为目标，近10年间持续不断的投入研发对产品迭代优化。IungoPNT经历了大量用户验证，更在2021年被选作全国首个电弧增材国家级技能竞赛的指定软件。

推动行业发展需要低使用门槛的软件和专业技术人才

任何新兴制造技术的发展，都需要装备、软件、材料、工艺、人才五大核心要素协同发展，缺一不可。

对电弧增材技术来说，其工艺本身与有着悠久历史的焊接工艺同根同源，因此巨大的机器人焊接应用市场存量对应的装备、工艺、材料经验储备都应该可以成为电弧增材技术发展的土壤。然而现实情况是，时至今日，电弧增材技术的应用依然局限在少数场景，归其原因木桶的短板在于早期软件和人才两个要素的缺失，制约了行业的发展。

相信随着专用CAM软件的出现和发展，对专业技术人才的要求门槛也随之不断被降低，用户可以越来越专注于工艺和产品的开发，从而不断将电弧增材技术的潜力充分发掘出来。

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