美國3D Systems公司開發出了利用3D打印機使樹脂部件成型實現自動化的概念生產線“Figure 4”，并在近日舉辦的美國機床展“IMTS2016”(芝加哥國際機械制造技術展覽會)上展出。該生產線能夠混流生產8種樹脂部件。可通過無人化降低成本。

在會場上，3D Systems現場演示了USB外殼、助聽器及耳機等的耳塞部分、歧管、管狀部件等的成型過程(圖1)。

圖1：成型的樹脂部件樣品

概念生產線為模塊型結構。也就是說，各工序采用模塊化設計。該概念生產線由3個模塊工序構成：(1)打印工序、(2)清洗工序、(3)硬化工序。

(1)打印工序采用光造型(SLA)技術，使用的材料是紫外光固化樹脂(圖2)。具體操作時，將液體狀的紫外光固化樹脂注入樹脂槽，向樹脂液表面照射紫外線激光。這樣，紫外線激光照射之處的樹脂液就會固化，成為樹脂部件的一部分(薄層)。另外，固化的部分會貼附在平板上。

圖2：打印工序。采用光造型技術制造樹脂成型體

照射一次紫外線激光可得到厚度為10～30μm的固化層。第一層固化后，支撐樹脂成型體底部的網狀金屬平板就會抬升與固化高度相當的10～30μm(注：樹脂成型體是向下堆積的)，接著再向樹脂液的表面部分照射紫外線激光，制造第二層固化層。通過如此反復照射紫外線激光，直至固化層堆積至所需高度。堆積完成后，具有所需部件形狀的樹脂成型體便完成了。

在完成成型后，由安裝在天花板上的機器人將各平板上的樹脂成型體從樹脂槽中逐一提起，放到置物臺上。

該打印工序設有8個樹脂槽，可用各個樹脂槽成型不同的樹脂部件。也就是說，基本可同時混流生產8種樹脂部件。

接著進入(2)清洗工序(圖3)。該工序有4個清洗槽，每個清洗槽的尺寸都夠清洗2個樹脂成型體。由小型垂直多關節機器人從置物臺抓起各平板上的樹脂成型體，從第一個清洗槽到第四個清洗槽依次浸入。由此來去除樹脂成型體上附著的多余樹脂液。

圖3：清洗工序。通過浸泡樹脂成型體來去除多余的樹脂液

完成清洗后，轉入(3)硬化工序(圖4)。這是向樹脂成型體再次照射紫外線激光，提高硬度及強度的工序。垂直多關節機器人將各平板上清洗后的成型體抓起，放入“紫外線烘箱”(3D Systems公司的產品)中照射紫外線激光。經此工序調整硬度及強度后，樹脂部件就最終完成了。

圖4：硬化工序。通過再次照射紫外線激光使樹脂成型體變硬

整個流程的加工很快，有的產品只需要10～30分鐘。此外，由于不需要模具，因此該概念生產線適用于多品種少量生產及大規模定制。