增材制造精益生产服务商裕克施乐（OECHSLER）与巴斯夫3D打印解决方案 Forward AM，通过3D打印技术为Kuka iiwa 协作机器人开发了一种3D打印“皮肤”。这一全新的解决方案，使人类和协作机器人能够安全的共享工作空间，并进一步优化了工厂的人机协作生产效率。

安装了3D打印“皮肤”RoboSkin的协作机器人 Kuka iiwa© 裕克施乐

兼顾安全与效率

 挑战

协作机器人（简称：cobots）越来越多地出现在制造业中，它们在共享区域与人类一起工作。在人机协作工厂中，避免协作机器人和人类同事发生碰撞，确保生产安全是至关重要的。

通常，人机协作工厂中的安全防护是通过内置光学传感器来实现的。这些传感器会在发生意外接触时使协作机器人立即停止工作，每当有工人进入警告区域时，系统会将其速度降至最低，如果人继续靠近，则系统停止，直到人离开后，系统才会加速回到全速。然而，这会导致协作机器人的处理速度受到高度限制，从而导致制造工厂的成本增加，生产效率降低。

为了实现机器人对靠近工人的反应，需要根据机器人的任务、它们与工人之间具体合作方式，以及它们在工厂中的实际位置进行编程。这就意味着，当协作机器人需要被部署在其他工作站时，或者需要执行不同的任务时，都必须调整编程。这种方式限制了协作机器人的应用灵活性与便利性。

那么，有什么方式能够使工人和协作机器人安全地协作，又能够使机器人始终保持高效运行呢？

 3D打印“皮肤” RoboSkin

巴斯夫Forward AM与裕克施乐通过增材制造-3D打印技术，为协作机器人开发了一种薄而具有高减震性的第二层“皮肤” RoboSkin，用来包裹在协作机器人的关节周围。

裕克施乐制造第二层“皮肤”时，采用的材料为Forward AM开发的Ultrasint TPU01 热塑性聚氨酯粉末，3D打印技术为惠普 HP 5200 系列多射流熔融设备（Multi Jet Fusion） 。

用于 Kuka iiwa机器人轴2和轴3的3D打印“皮肤”，图中可以清晰的看出晶格点阵结构，其材料为Ultrasint TPU01。

© 裕克施乐

3D打印的“皮肤”具有柔性的、个性化的晶格点阵结构。Ultrasint TPU01 热塑性聚氨酯粉末这种弹性材料适合生产需要高减震性和出色柔韧性的零件。而协作机器人3D打印“皮肤”所具有的独特晶格结构，为协作机器人带来了独特的附加价值：

首先是3D打印“皮肤”所具有的缓冲保护功能，为与机器人进行协作的工人提供了保护，降低他们受伤的风险。

这层3D打印晶格点阵“皮肤”就像阻尼器一样，吸收协作机器人的碰撞力和压力，可以使协作机器人的速度提高150%，这使得制造商的生产力得到提高。

此外，3D打印晶格点阵“皮肤”具有良好的透气性，能够防止协作机器人热量积聚。作为隔离层，它可以将机器人的管路、电线覆盖起来，在工作时不会限制机器人的运动。

这样一个能够为协作机器人用户带来附加价值的“皮肤”，其背后的核心技术在于增材制造的晶格点阵结构。

为机器人轴4开发的3D打印晶格点阵“皮肤”© 裕克施乐

3D打印“皮肤” 的点阵结构可以根据机器人的功能需求进行设计，得益于3D打印在复杂、定制化产品柔性制造方面的优势，快速且经济高效地适应各种协作机器人类型。

正如在挑战中所谈到的问题，在生产车间中，协作机器人通常被部署在不同的工作站。而3D打印“皮肤”RoboSkin 无需拆卸、重新组装和重新校准机器人，就够发挥作用，这将节省工厂的时间和成本。

3D打印“皮肤”RoboSkin， 用看似非常简单的解决方案解决了协作机器人工厂中的一个复杂问题，使最终用户能够优化人机协作的生产效率。

 从增材制造精益生产源头，提升品牌价值

在3D打印“皮肤”设计中所运用的晶格点阵结构设计，是一种典型的面向增材制造的设计。晶格设计往往拥有复杂的几何结构，而制造复杂的结构恰好是增材制造技术在工业制造中的竞争优势之一，可以说晶格设计与增材制造的绝妙组合将给产品带来独特的创新性。

裕克施乐在这方面已积累了实现大批量精益生产的应用经验。裕克施乐从运动鞋中底制造切入到了3D打印市场，注重先进技术的创新与研发，在面向增材制造的晶格结构设计与这类结构的增材制造（3D打印）批量生产领域走在业界前列。裕克施乐通过位于德国、美国和中国（太仓）的生产基地，已经生产了超过200万个3D打印零件。延伸阅读：小点阵、大洞天，一文洞悉3D打印为缓冲、防护产品创造新机遇的精益之道

裕克施乐有针对性地细化用户对于产品创新的需求，利用晶格点阵设计拥有的独特设计灵活性，达到用户产品所需的功能，性能等要求，并为产品品牌方提升品牌价值。

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《3D打印与骨科植入物白皮书》第三版© 3D科学谷

如今，膝关节置换技术仍在发展当中，并且体现出个性化、精准化医疗的发展趋势。根据3D科学谷的市场观察，美国一家创业型骨科植入物制造商Monogram ，正在通过将主动铣削导航手术机器人与 3D 打印患者匹配型膝关节植入物相结合，为膝关节置换医疗市场提供个性化解决方案。本期，我们就来简单的了解这一技术。

© Monogram

术前规划+机器人+植入物

根据Monogram，他们有望成为第一家将主动铣削导航手术机器人与 3D 打印患者匹配植入物推向市场的公司。他们相信精准植入物是骨科的未来。Monograms 的主要竞争优势将是能够快速、大规模地生产定制的，并以机器人进行植入的骨科植入物。

该系统可以使外科医生能够用合适的植入物和微创手术替换关节，从而有可能降低感染率、脱位和植入物失败的发生率，Monogram希望最终能给患者带来更好的手术结果。

Monogram 在其官网表示，他们的植入物组件已获得 FDA 许可，这些组件将集成到专有的 Monogram 膝关节系统中。Monogram 正在利用这些组件的经过测试和验证的性能，来专注于开发新型胫骨组件和手术机器人技术。

根据侃见科技对于Monogram公司的报道，传统的髋关节和膝关节置换手术的有效率尚有待提升。当今最尖端的关节植入物多为批量生产的，外科医生通过测量关节比例，然后手动放置植入物，再用锯和夹具切掉受影响的骨头。为植入物腾出空间后，外科医生通常会用骨水泥将它们固定到位。随着时间的推移，骨水泥可能会在手术后破裂，导致手术失败，每年有成千上万的患者返回医院进行再手术。

这些问题为医学界所熟知。失败的主要原因包括不稳定、定位不良和水泥破裂。Monogram相信他们可以通过3D映射和3D打印等技术减轻这些问题，这些技术已经帮助解决了医疗领域的其他类似问题。如今，医生和患者正在寻求更加个性化、精确和可靠的植入物解决方案。这就是 Monogram的用武之地。

3D打印植入物系统© Monogram

 个性化植入物带来更好的手术结果

Monogram的个性化3D打印植入物使用每位患者独特的骨骼结构作为设计模型，制造过程从要重建的关节的CT扫描开始。扫描的数据为AI驱动的术前界面提供助力，术前界面使用的预测算法帮助外科医生从各个角度进行手术规划。然后，制造3D打印植入物，使植入物与患者关节无缝配合。

软件©Monogram

Monogram系统的第二个关键技术是手术机器人。在实时虚拟导航的帮助下，机器人遵循术前规划，几乎不需要人工介入，这将有效消除手术本身的人为错误。在手术时，手术机器人首先做一个小切口，然后使用铣刀为骨骼中的空腔进行清除，3D打印植入物紧贴在空腔中，无需骨水泥，Monogram声称这比一般同类产品的稳定性高270%。

Monogram 表示，其技术可以显著减少松动和脱位的情况，从而大大减少重复手术并希望让患者更加满意。

3D 打印手术机器人©Monogram

 机器人和3D打印都在快速扩张的道路上

65 岁以下的患者是全膝关节置换接受者增长最快的人群，预计到 2030 年将占膝关节置换手术的 50% 以上。

在该领域率先进入市场的公司可以在竞争中获得相当大的优势。例如，当今领先的骨科手术机器人的销量是其最大竞争对手销量的12倍，拥有87%的市场份额。

根据报道，目前Monogram是唯一一家开发主动铣削机器人，并用以安装个性化3D打印植入物的公司。

 3D 打印膝关节植入物© Monogram

简而言之，Monogram在这个正在快速增长的领域，具有率先上市的优势。它采用多管齐下的方法进入市场，以降低风险。

Monogram正在积极开发下一代植入物，与其手术机器人结合，完成整个关节置换集成解决方案的推出。医疗技术的发展方向是个性化、精准化。预计到2030年，量身定制的植入物和骨科手术机器人将成为常态。届时，Monogram 是否能够成为这个瞬息万变的领域的领导者，赋能外科医生为患者提供崭新的医疗方案，让我们拭目以待。

参考来源：

侃见科技《3D打印手术机器人将革新关节置换》;Monogram 官网。

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根据裕克施乐，现场观众高度关注创新设计、材料、技术，聚焦行业涉及鞋类、服饰、户外装备、防护用具、各类眼镜、轻奢品等。而裕克施乐基于3D打印-增材制造技术，为运动用品、轻奢产品品牌方提升品牌价值，实现附加值创造带来了全新精益生产解决方案。

品牌附加值创造精益生产合作伙伴

作为运动用品家族的重要组成部分，裕克施乐展示了复合碳板的足球鞋底、3D打印与颗粒发泡的功能性中底、叠模方案的TPU大底、高效的模内装配的鞋底、特殊结构性鞋材，及其他精密注塑部件。

裕克施乐鞋类展品© 裕克施乐

在裕克施乐已实现量产的3D打印运动鞋中底、防护头盔里衬等运动用品中，应用了3D打印点阵晶格结构。

裕克施乐实现量产的3D打印头盔里衬、面罩、鞋中底© 裕克施乐

不同于传统泡沫材料，在将3D打印点阵结构应用在运动用品中时，设计师通过调整单个胞元尺寸、杆径和胞元形状，将可能实现产品更高的设计美感和力学性能。这为设计师开发具有高附加值的创新性产品带来全新的方式。

裕克施乐独立设计研发的3D打印自行车手把、坐垫、防护垫等运动用品。

© 裕克施乐

裕克施乐独立设计研发了3D打印运动用品系列Sporting Goods，包括运动员护肩垫、护胸垫、护肘套、护膝套、护膝垫、运动鞋鞋中底、以及自行车的坐垫、自行车手把。

在这次展会中，裕克施乐展示了其中的3D打印自行车把手、坐垫、防护垫等产品。裕克施乐在设计开发这些运动用品过程中，灵活运用了3D打印点阵晶格结构，除了实现产品所需的防护功能以外，带来了更佳的透气性和舒适度。

此外裕克施乐还展示了极具时尚概念的3D打印服饰。3D打印技术为服饰创新设计开辟无限空间。

关于裕克施乐

《全球增材制造市场技术趋势、市场概况及发展预测》
© 3D科学谷

裕克施乐创建于1864年，总部位于德国巴伐利亚州，目前在全球已经拥有4家增材制造技术工厂（位于德国、美国和中国太仓），5种以上增材制造技术，10种以上的3D打印材料的成型制备工艺，200多台打印设备在全球范围内进行规模化生产，已高速批量产出超过200万件产品，并且生产规模正在不断的扩大。

l 文章来源：裕克施乐

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大规模生产的精益制造合作伙伴裕克施乐© 裕克施乐

在本届TCT 展会中，裕克施乐将带来独立设计研发的3D打印运动用品系列Sporting Goods和汽车座椅的全方位解决方案。

裕克施乐生产的高性能橄榄球头盔3D打印护垫（左），3D打印功能性汽车座椅（右）。© 裕克施乐

裕克施乐还将展示已推出的多种材料与工艺的复合应用场景。延伸阅读：小点阵、大洞天，一文洞悉3D打印为缓冲、防护产品创造新机遇的精益之道。

裕克施乐TCT 展台: J70© 裕克施乐

 关于裕克施乐（OECHSLER）

裕克施乐创建于1864年，总部位于德国巴伐利亚州，目前在全球已经拥有4家增材制造技术工厂（位于德国、美国和中国太仓），5种以上增材制造技术，10种以上的3D打印材料的成型制备工艺，200多台打印设备在全球范围内进行规模化生产，已高速批量产出超过200万件产品，并且生产规模正在不断的扩大。

裕克施乐能够全方位提供关于增材制造领域的工程设计与开发，工业化的产品导入到大批量规模化生产的全价值链服务。近年来，裕克施乐已成为增材制造领域全球市场的重要引领者。

l 文章来源：裕克施乐www.oechsler.com/cn

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