1925年，美國Baker等人首次以電弧為熱源通過金屬熔滴逐層沉積的方式制造出“3D打印”金屬材質(zhì)的裝飾物品，自此，工業(yè)制造打開了一道全新的大門。但經(jīng)歷近一個(gè)世紀(jì)的徘徊，這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)展幾乎停滯不前。

直到1990年，英國Cranfield大學(xué)開展了WAAM技術(shù)的研究工作，并于2006年將該技術(shù)應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)件的快速制造，進(jìn)而開啟了一個(gè)電弧增材的新紀(jì)元。

探索階段

2016年以前為探索階段。技術(shù)驗(yàn)證前期，在傳統(tǒng)焊接機(jī)器人、機(jī)床等硬件配置基礎(chǔ)上，探索電弧增材的技術(shù)可能性。

當(dāng)時(shí)，操作者需要手工進(jìn)行增材路徑的編程，耗時(shí)耗力，且稍微復(fù)雜的結(jié)構(gòu)編程難度就直線飆升，這也是早期的電弧增材工件通常都是較為簡單的回旋體或規(guī)則形狀的原因。有一定工藝積累后，他們嘗試通過編寫一些腳本程序來規(guī)劃稍復(fù)雜結(jié)構(gòu)的路徑。也是在這一階段，早期的電弧增材玩家開始意識(shí)到自動(dòng)CAM軟件的重要性。如南京英尼格瑪作為行業(yè)內(nèi)最早開始投入電弧增材研究的企業(yè)，在2013年開始投入軟件研發(fā)；2016年，南京衍構(gòu)科技發(fā)布了第一代的電弧增材專用CAM軟件IUNGOPNT1.0。

開發(fā)階段

隨著電弧增材CAM軟件的出現(xiàn)，行業(yè)發(fā)展也進(jìn)入了第二個(gè)階段，筆者稱之為開發(fā)階段。此時(shí)，初期用戶已經(jīng)開始期待將電弧增材應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品的制造。這就意味著，不僅要能把零件打出來，更要能夠打印合格。因此，除了以CAM軟件解決復(fù)雜空間軌跡的路徑規(guī)劃問題以外，針對電弧增材工藝的控形控性研究也成為了行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵詞。

除了持續(xù)的工藝開發(fā)、軟件算法優(yōu)化迭代以外，越來越多的控形控性手段涌現(xiàn)出來，如多維傳感耦合、機(jī)器視覺，過程錘擊、輥壓、超聲等的一系列輔助技術(shù)，獲得了較為廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。
然而，個(gè)別產(chǎn)品單個(gè)樣件的成功案例，并不能代表電弧增材技術(shù)在最終產(chǎn)品的制造工藝獲得了驗(yàn)證。一個(gè)停留在實(shí)驗(yàn)室的樣品到一個(gè)合格的批產(chǎn)零件，中間隔著重重困難。如何保證打印生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量的一致性、穩(wěn)定性、可靠性成為一個(gè)突出的問題。

生產(chǎn)階段

伴隨著技術(shù)的不斷迭代升級(jí)，以在2021年左右開始航空航天、國防軍工領(lǐng)域的小批量生產(chǎn)應(yīng)用為標(biāo)志，電弧增材行業(yè)終于迎來了筆者心中的第三個(gè)階段：生產(chǎn)階段，這也是一個(gè)技術(shù)、裝備急速發(fā)展的階段。

全數(shù)字化的過程質(zhì)量閉環(huán)監(jiān)控和追溯，不斷增加完善的標(biāo)準(zhǔn)化、資格認(rèn)證體系，推動(dòng)電弧增材邁向智能化生產(chǎn)時(shí)代。此時(shí)，電弧增材制造的應(yīng)用場景也在被快速開發(fā)，在航空航天、汽車制造、軌道交通等領(lǐng)域受到了越來越多的關(guān)注。

原位增減材復(fù)合技術(shù)

伴隨著材料技術(shù)及電弧增材制造技術(shù)的不斷發(fā)展；通過采用原位增減材技術(shù)（即原位冶金、增材、減材的復(fù)合制造技術(shù)）使得一些高端復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、材料、功能一體化的構(gòu)件的生產(chǎn)也變成了可能。

雖然電弧增材技術(shù)已極大縮短了生產(chǎn)工藝鏈，但其在復(fù)雜零部件生產(chǎn)時(shí)還是存在工藝之間（尤其是增材和減材之間）的頻繁切換。

增材和減材之間的切換帶了諸多問題：增材的工件是否方便拆卸？增材工件拆卸后是否存在變形？減材加工是投入設(shè)備還是委外，外協(xié)的物流和排期是否能夠接受？減材工件如何定位，再次增材如何重新定位？減材加工的切削液如何處理才不影響再次增材？等等。除了工藝切換問題，還有部分工件在增材完成之后因結(jié)構(gòu)干涉無法進(jìn)行減材。

此時(shí)，原位增減材裝備的優(yōu)勢便顯現(xiàn)了出來：材料的原位冶金制備；零件生產(chǎn)加工過程一次拆卸，不用考慮多次裝夾拆卸的問題；增減材一次裝夾，不存在工序之間切換變形的問題；減少工序交替的時(shí)間浪費(fèi)；不用考慮工序切換的重復(fù)定位問題；采用干切技術(shù)，減材之后可直接增材。

除此之外，增減材交替可解決刀具干涉導(dǎo)致內(nèi)部無法加工的問題；增減交替亦可加工一些具有內(nèi)部流道的結(jié)構(gòu)，應(yīng)對一些特殊材料的需求，可進(jìn)行原位冶金等等，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)材料功能一體化設(shè)計(jì)的復(fù)雜構(gòu)件的生產(chǎn)。

國外原位增減材復(fù)合技術(shù)應(yīng)用

國外一度將原位增減復(fù)合裝備用于軍事，在戶外甚至移動(dòng)工程中進(jìn)行制造和修復(fù)。

原位增減材裝備的形式各有不同，像傳統(tǒng)的機(jī)床廠家，如：DMG、MAZAK等，他們選擇采用機(jī)床作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)、集成增材制造裝置，來實(shí)現(xiàn)增材與減材的功能。

2019年5月，衛(wèi)星發(fā)射公司Virgin Orbit采用DMG MORI增減材復(fù)合設(shè)備為NASA打印了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室。

機(jī)床型增減材混合制造保證了零件的精度，但如果需要獲得更大的加工范圍以及更復(fù)雜的打印能力，設(shè)備能力限制和設(shè)備投入令人望而卻步。

2018年，洛馬公司曾使用多機(jī)器人增減材復(fù)合系統(tǒng)制造了衛(wèi)星燃料箱體，目前該部件作為標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)用在LM2100衛(wèi)星平臺(tái)上。

Relativity Space公司的“Stargate”3D打印設(shè)備擁有三臺(tái)機(jī)器人，一臺(tái)用來DED增材制造，另兩臺(tái)則進(jìn)行減材加工。

機(jī)器人型增減材復(fù)合制造也有一定的局限性：高精度小機(jī)器人無法滿足減材工具端所需的負(fù)載、剛性及穩(wěn)定性，高負(fù)載的機(jī)器人又無法滿足機(jī)械加工所需的精度。

機(jī)器人增材與機(jī)床減材復(fù)合制造

綜上，有些從業(yè)者發(fā)現(xiàn)，將機(jī)器人增材與機(jī)床減材復(fù)合，可以發(fā)揮各自的長處，取得更好的加工效果。

智能化原位增減復(fù)合制造系統(tǒng)ArcMan M3000

南京英尼格瑪工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)有限公司最新推出的智能化原位增減復(fù)合制造系統(tǒng)ArcMan M3000，是增減復(fù)合裝備技術(shù)的集大成者，是目前全球市面上較先進(jìn)的復(fù)合型增材裝備之一，機(jī)床機(jī)器人復(fù)合型，用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的一體化成型，直接生產(chǎn)出近凈成形件甚至成品件。

在電弧增材專用CAM軟件lungoPNT4.0的控制下，快速生成增材路徑以及過程減材路徑，通過自動(dòng)切換增材/減材工藝實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的全自動(dòng)智能化生產(chǎn)。

ArcMan M3000配有l(wèi)ungoMC智造平臺(tái)，對生產(chǎn)過程中的路徑、工藝參數(shù)、環(huán)境參數(shù)信息等進(jìn)行采集、分析、存儲(chǔ)、追溯，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化可視過程質(zhì)量監(jiān)控，幫助用戶更好掌握設(shè)備及產(chǎn)品的生產(chǎn)狀態(tài)和信息。搭載自主研發(fā)的MaxFeed數(shù)字化大盤送絲艙，提供有效的連續(xù)生產(chǎn)保障。目前，在2021年底交付用戶使用的M3000設(shè)備已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行，總生產(chǎn)時(shí)長超過10000小時(shí)。

近日，英尼格瑪最新發(fā)布的智能化原位增減復(fù)合制造系統(tǒng)ArcMan M500， 具有更輕量、更緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)備主體可安裝于集裝箱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)戶外和移動(dòng)場景(公路、船舶上等)中零件的快速制造。

未來標(biāo)準(zhǔn)化   規(guī)?；A段

原位電弧增減材復(fù)合制造技術(shù)是縮短制造工藝鏈、顛覆傳統(tǒng)制造模式的技術(shù)革新，它讓電弧增材向?qū)崿F(xiàn)最終產(chǎn)品快速制造更進(jìn)了一步。而未來，生產(chǎn)階段之后，電弧增材行業(yè)或許將進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；A段。相信隨著技術(shù)、市場趨于成熟，標(biāo)準(zhǔn)體系趨于完善，成本、效率進(jìn)一步優(yōu)化，電弧增材制造技術(shù)必將走進(jìn)各行各業(yè)、千萬工廠。

1925年，美國Baker等人首次以電弧為熱源通過金屬熔滴逐層沉積的方式制造出“3D打印”金屬材質(zhì)的裝飾物品，自此，工業(yè)制造打開了一道全新的大門。但經(jīng)歷近一個(gè)世紀(jì)的徘徊，這項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)展幾乎停滯不前。

直到1990年，英國Cranfield大學(xué)開展了WAAM技術(shù)的研究工作，并于2006年將該技術(shù)應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)件的快速制造，進(jìn)而開啟了一個(gè)電弧增材的新紀(jì)元。

探索階段

2016年以前為探索階段。技術(shù)驗(yàn)證前期，在傳統(tǒng)焊接機(jī)器人、機(jī)床等硬件配置基礎(chǔ)上，探索電弧增材的技術(shù)可能性。

當(dāng)時(shí)，操作者需要手工進(jìn)行增材路徑的編程，耗時(shí)耗力，且稍微復(fù)雜的結(jié)構(gòu)編程難度就直線飆升，這也是早期的電弧增材工件通常都是較為簡單的回旋體或規(guī)則形狀的原因。有一定工藝積累后，他們嘗試通過編寫一些腳本程序來規(guī)劃稍復(fù)雜結(jié)構(gòu)的路徑。也是在這一階段，早期的電弧增材玩家開始意識(shí)到自動(dòng)CAM軟件的重要性。如南京英尼格瑪作為行業(yè)內(nèi)最早開始投入電弧增材研究的企業(yè)，在2013年開始投入軟件研發(fā)；2016年，南京衍構(gòu)科技發(fā)布了第一代的電弧增材專用CAM軟件IUNGOPNT1.0。

開發(fā)階段

隨著電弧增材CAM軟件的出現(xiàn)，行業(yè)發(fā)展也進(jìn)入了第二個(gè)階段，筆者稱之為開發(fā)階段。此時(shí)，初期用戶已經(jīng)開始期待將電弧增材應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品的制造。這就意味著，不僅要能把零件打出來，更要能夠打印合格。因此，除了以CAM軟件解決復(fù)雜空間軌跡的路徑規(guī)劃問題以外，針對電弧增材工藝的控形控性研究也成為了行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵詞。

除了持續(xù)的工藝開發(fā)、軟件算法優(yōu)化迭代以外，越來越多的控形控性手段涌現(xiàn)出來，如多維傳感耦合、機(jī)器視覺，過程錘擊、輥壓、超聲等的一系列輔助技術(shù)，獲得了較為廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。
然而，個(gè)別產(chǎn)品單個(gè)樣件的成功案例，并不能代表電弧增材技術(shù)在最終產(chǎn)品的制造工藝獲得了驗(yàn)證。一個(gè)停留在實(shí)驗(yàn)室的樣品到一個(gè)合格的批產(chǎn)零件，中間隔著重重困難。如何保證打印生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量的一致性、穩(wěn)定性、可靠性成為一個(gè)突出的問題。

生產(chǎn)階段

伴隨著技術(shù)的不斷迭代升級(jí)，以在2021年左右開始航空航天、國防軍工領(lǐng)域的小批量生產(chǎn)應(yīng)用為標(biāo)志，電弧增材行業(yè)終于迎來了筆者心中的第三個(gè)階段：生產(chǎn)階段，這也是一個(gè)技術(shù)、裝備急速發(fā)展的階段。

全數(shù)字化的過程質(zhì)量閉環(huán)監(jiān)控和追溯，不斷增加完善的標(biāo)準(zhǔn)化、資格認(rèn)證體系，推動(dòng)電弧增材邁向智能化生產(chǎn)時(shí)代。此時(shí)，電弧增材制造的應(yīng)用場景也在被快速開發(fā)，在航空航天、汽車制造、軌道交通等領(lǐng)域受到了越來越多的關(guān)注。

原位增減材復(fù)合技術(shù)

伴隨著材料技術(shù)及電弧增材制造技術(shù)的不斷發(fā)展；通過采用原位增減材技術(shù)（即原位冶金、增材、減材的復(fù)合制造技術(shù)）使得一些高端復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、材料、功能一體化的構(gòu)件的生產(chǎn)也變成了可能。

雖然電弧增材技術(shù)已極大縮短了生產(chǎn)工藝鏈，但其在復(fù)雜零部件生產(chǎn)時(shí)還是存在工藝之間（尤其是增材和減材之間）的頻繁切換。

增材和減材之間的切換帶了諸多問題：增材的工件是否方便拆卸？增材工件拆卸后是否存在變形？減材加工是投入設(shè)備還是委外，外協(xié)的物流和排期是否能夠接受？減材工件如何定位，再次增材如何重新定位？減材加工的切削液如何處理才不影響再次增材？等等。除了工藝切換問題，還有部分工件在增材完成之后因結(jié)構(gòu)干涉無法進(jìn)行減材。

此時(shí)，原位增減材裝備的優(yōu)勢便顯現(xiàn)了出來：材料的原位冶金制備；零件生產(chǎn)加工過程一次拆卸，不用考慮多次裝夾拆卸的問題；增減材一次裝夾，不存在工序之間切換變形的問題；減少工序交替的時(shí)間浪費(fèi)；不用考慮工序切換的重復(fù)定位問題；采用干切技術(shù)，減材之后可直接增材。

除此之外，增減材交替可解決刀具干涉導(dǎo)致內(nèi)部無法加工的問題；增減交替亦可加工一些具有內(nèi)部流道的結(jié)構(gòu)，應(yīng)對一些特殊材料的需求，可進(jìn)行原位冶金等等，從而實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)材料功能一體化設(shè)計(jì)的復(fù)雜構(gòu)件的生產(chǎn)。

國外原位增減材復(fù)合技術(shù)應(yīng)用

國外一度將原位增減復(fù)合裝備用于軍事，在戶外甚至移動(dòng)工程中進(jìn)行制造和修復(fù)。

原位增減材裝備的形式各有不同，像傳統(tǒng)的機(jī)床廠家，如：DMG、MAZAK等，他們選擇采用機(jī)床作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)、集成增材制造裝置，來實(shí)現(xiàn)增材與減材的功能。

2019年5月，衛(wèi)星發(fā)射公司Virgin Orbit采用DMG MORI增減材復(fù)合設(shè)備為NASA打印了發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室。

機(jī)床型增減材混合制造保證了零件的精度，但如果需要獲得更大的加工范圍以及更復(fù)雜的打印能力，設(shè)備能力限制和設(shè)備投入令人望而卻步。

2018年，洛馬公司曾使用多機(jī)器人增減材復(fù)合系統(tǒng)制造了衛(wèi)星燃料箱體，目前該部件作為標(biāo)準(zhǔn)件應(yīng)用在LM2100衛(wèi)星平臺(tái)上。

Relativity Space公司的“Stargate”3D打印設(shè)備擁有三臺(tái)機(jī)器人，一臺(tái)用來DED增材制造，另兩臺(tái)則進(jìn)行減材加工。

機(jī)器人型增減材復(fù)合制造也有一定的局限性：高精度小機(jī)器人無法滿足減材工具端所需的負(fù)載、剛性及穩(wěn)定性，高負(fù)載的機(jī)器人又無法滿足機(jī)械加工所需的精度。

機(jī)器人增材與機(jī)床減材復(fù)合制造

綜上，有些從業(yè)者發(fā)現(xiàn)，將機(jī)器人增材與機(jī)床減材復(fù)合，可以發(fā)揮各自的長處，取得更好的加工效果。

智能化原位增減復(fù)合制造系統(tǒng)ArcMan M3000

南京英尼格瑪工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)有限公司最新推出的智能化原位增減復(fù)合制造系統(tǒng)ArcMan M3000，是增減復(fù)合裝備技術(shù)的集大成者，是目前全球市面上較先進(jìn)的復(fù)合型增材裝備之一，機(jī)床機(jī)器人復(fù)合型，用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的一體化成型，直接生產(chǎn)出近凈成形件甚至成品件。

在電弧增材專用CAM軟件lungoPNT4.0的控制下，快速生成增材路徑以及過程減材路徑，通過自動(dòng)切換增材/減材工藝實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的全自動(dòng)智能化生產(chǎn)。

ArcMan M3000配有l(wèi)ungoMC智造平臺(tái)，對生產(chǎn)過程中的路徑、工藝參數(shù)、環(huán)境參數(shù)信息等進(jìn)行采集、分析、存儲(chǔ)、追溯，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化可視過程質(zhì)量監(jiān)控，幫助用戶更好掌握設(shè)備及產(chǎn)品的生產(chǎn)狀態(tài)和信息。搭載自主研發(fā)的MaxFeed數(shù)字化大盤送絲艙，提供有效的連續(xù)生產(chǎn)保障。目前，在2021年底交付用戶使用的M3000設(shè)備已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行，總生產(chǎn)時(shí)長超過10000小時(shí)。

近日，英尼格瑪最新發(fā)布的智能化原位增減復(fù)合制造系統(tǒng)ArcMan M500， 具有更輕量、更緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)備主體可安裝于集裝箱內(nèi)，實(shí)現(xiàn)戶外和移動(dòng)場景(公路、船舶上等)中零件的快速制造。

未來標(biāo)準(zhǔn)化   規(guī)?；A段

原位電弧增減材復(fù)合制造技術(shù)是縮短制造工藝鏈、顛覆傳統(tǒng)制造模式的技術(shù)革新，它讓電弧增材向?qū)崿F(xiàn)最終產(chǎn)品快速制造更進(jìn)了一步。而未來，生產(chǎn)階段之后，電弧增材行業(yè)或許將進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；A段。相信隨著技術(shù)、市場趨于成熟，標(biāo)準(zhǔn)體系趨于完善，成本、效率進(jìn)一步優(yōu)化，電弧增材制造技術(shù)必將走進(jìn)各行各業(yè)、千萬工廠。