桑迪亚国家实验室开发模块化机器人用于快速测试3D打印部件

桑迪亚国家实验室最近一直忙于创新，近日，采用全新的方法进行3D打印，并创建了望远镜。现在实验室正在研究3D打印部件的测试。桑迪亚创建了一个类似于圆形办公桌的六面工作单元，在其中心安装了一个商业机器人，可以进行测试以快速3D打印零件的性能和属性。模块化，可扩展和灵活的系统被称为Alinstante，西班牙语“即时“。

该系统是Sandia材料科学家Brad Boyce的工作成果，该工作始于2015年春季。Boyce正在开展一个项目，以提高定制3D打印零件的质量。“在传统的金属制造业，在生产具有统一性能的金属过程控制方面有很多经验和技巧。”他说， “当我们进行激光制造时，我们不得不退后一步，重新考虑资质。”Boyce已经开发出了一台用于高通量拉伸测试的机器，但是他意识到他需要更灵活的通用解决方案，所以他开始与桑迪亚的机器人团队合作。

“一旦我们致力于自动化，我们意识到可以克服障碍。是的，我们投入了一些时间和金钱，但真正的挑战是让自己摆脱“一切照旧”的思维，理解我们需要更快的解决方案。“Boyce说。

六角形工作单元有六个花瓣状工作站，围绕中心的机器人。每个工作站可以有不同的商业或定制测试系统，并且可以根据所需工作类型进行调换。多个工作站也可以组合成蜂窝状结构。工作单元的设计由Sandia机械工程师Ross Burchard领导，他在决定六角形之前探索了许多不同的配置。“我的挑战是：你如何想出一个带有一个机器人和多个测试站的工作单元，这些单元也是模块化和可扩展的。”Burchard说。

在建设工作站时，Burchard和他的团队尽可能使用现成的硬件来节省资金。除了六角形地板和机器人底座外，安全光幕还安装在任何可能与机器人互动的地方。如果一个人进入工作单元，或者机器人手臂伸出工作单元，光束就会被打破，机器人将自动停止，因为领导软件界面设计的机器人专家Tim Blada强调了安全性特征。

“安全始终是我们的第一关注点。我们写的每一行代码，我们所做的每一件机械夹具，始终是安全第一。“他说。 “这安全吗？我能做到这一点而不会冒任何伤害吗？“到今年夏天结束时，Blada希望有一个用户界面，允许任何人将他们的零件放在零件架上的托盘上，选择一些测试并自动在不需要每个用户的过程中接收他们的数据。他还希望软件架构是模块化的，这样就可以轻松添加新的模块和测试。

Alinstante原型机只有两个测试站和一个用户可放置零件的机架。第一站是结构化光扫描仪，可将扫描转换为3D模型，以便与原始预期设计进行直接定量比较。第二个是用于测试物理性能的负载框架，例如拉伸和压缩测试。接下来，该团队希望添加一台激光诱导击穿光谱仪，该光谱仪可以以最低破坏性的方式确定零件化学成分的批次间一致性。

“桑迪亚拥有可以执行所有这些测试的测试实验室，但是，安排每个测试需要几周的时间，有的可能需要一到两个月的测试时间，“Burchard说。 “Alinstante可以减少测试的时间安排负担，大大加快了周转时间。”该系统还可以减少人为错误，并产生比人类更可靠，可重复的数据。