摘要：增材制造（AM）技术，尤其是直接能量沉积（DED）方法（如电弧增材制造WAAM和激光金属沉积LMD），能够逐层制造复杂形状的金属部件和纤维增强聚合物复合材料，突破了传统制造的限制。这种技术的发展推动了机器人辅助增材制造（RoAM）的兴起，它结合了高自由度机器人
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研究背景
增材制造（AM）技术，尤其是直接能量沉积（DED）方法（如电弧增材制造WAAM和激光金属沉积LMD），能够逐层制造复杂形状的金属部件和纤维增强聚合物复合材料，突破了传统制造的限制。这种技术的发展推动了机器人辅助增材制造（RoAM）的兴起，它结合了高自由度机器人平台和精密的3D打印喷头，能够制造出轻量化且复杂的结构。然而，RoAM作为一种前沿技术，仍面临技术成熟度低、瓶颈问题多等挑战。
近日，由南京航空航天大学李楠垭教授、爱丁堡大学于楠研究员领衔，来自德国慕尼黑工业大学、西班牙Tekniker公司、北京工业大学、新加坡国立大学、南洋理工大学的学者共同合作，在工程技术领域期刊International Journal of Computer Integrated Manufacturing上发表了题为"Robot-assisted additive manufacturing for aerospace applications: recent trends and its future possibilities"的研究成果。这篇综述论文旨在研究机器人辅助增材制造在航空航天应用中的最新进展，强调其对航空航天行业的深远影响，并探讨未来发展的可能性。文章探讨了机器人辅助增材制造的概念，并突出了其相较于传统方法的优势。本文全面审视了该领域的最新研究和突破，涵盖电弧增材制造、激光金属沉积以及复合材料的挤出成型。研究内容包括金属和纤维增强复合材料增材制造的硬件实现、打印材料的使用以及打印路径规划方法。此外，文章还研究了与机器人辅助增材制造相关的挑战，包括系统校准、精度以及对复杂几何形状的适应性等问题。
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论文图片
图1. 机器人辅助电弧增材制造系统的实验装置示意图
图2. 机器人辅助系统防护罩，用于防止氧化
图3. 多机器人协调运动沉积系统
图4. 机器人辅助LMD系统的实验装置示意图
图5. LMD技术制造的航空航天零部件。
(a) 由钛合金制成的空间支架；
(b) 带有支撑结构的铝合金机身
图6. 使用LMD工艺修复零件，材料为Inconel 718
(a) 机器人辅助LMD系统的实验装置；
(b) 修复后的示范叶片
图7. 火箭发动机喷管喉衬的增材制造封严
(a) 工艺示意图；
(b) 使用Inconel 625护套制造的火箭发动机喷管；
(c) 喷管的热试车
图8. LMD制造或涂层化的火箭发动机喷管。
(a) 使用Inconel 625材料通过LMD涂层化的中等尺寸喷管；
(b) JBK-75整体通道喷管；
(c) RS-25火箭发动机喷管喉衬
图9. LMD的圆柱形路径规划方法。
(a) 不同示例结构的切片；
(b) 打印工艺的设置
图10. LMD的自适应切片和路径规划方法。
(a) 示例悬垂结构的生成打印路径；
(b) 使用该路径打印的零件；
(c) 打印系统的设置
图11.LMD过程的自适应切片和路径规划方法。
(a) 在笛卡尔坐标系下生成的螺旋桨悬垂部分的切片；
(b) 8轴LMD打印系统；
(c) 打印的螺旋桨零件；
(d) 基于最长边界曲线偏移的填充模式；
(e) 使用最长边界曲线填充方法打印的螺旋桨
图12. 激光金属沉积过程（右侧机器人）与低温铣削（左侧机器人）的混合制造系统
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关键结论
无论是用于定向能量沉积（DED）还是熔融沉积成型（FDM）的工业机器人，在制造金属和复合材料方面都展现出了优势，包括更高的灵活性和可扩展性，以及改进的材料和工艺优化。机器人辅助增材制造（RoAM）的未来可能性是巨大的。通过应对文中讨论的挑战，RoAM有潜力重新定义航空航天行业，使其更加高效、可持续和先进。RoAM在未来应用于解决各行业新工业问题方面具有巨大潜力：
（1）定制化和按需制造：RoAM能够生产高度定制化的产品，满足个体客户的需求。这在验证新概念方面尤其有价值。
（2）可持续制造：增材制造（AM）和机器人技术有助于可持续制造实践。通过优化材料使用、减少浪费并实现高效生产流程，机器人辅助增材制造有助于减少环境影响，并在各行业中促进可持续性。
（3）维修和维护：配备增材制造能力的机器人可用于飞机的现场维修和维护任务。损坏或磨损的部件可以被识别、分析，并通过电弧增材制造（WAAM）技术进行修复。
（4）轻量化和优化设计：RoAM能够创建具有优化设计的复杂结构。通过使用轻量化材料（如晶格结构），可以减轻重量、提高燃油效率并提升航空航天领域的整体性能。
（5）太空探索：配备增材制造能力的机器人可以自主构建结构、卫星设施，甚至利用其他行星上可用的当地材料生成栖息地，使长期太空任务更具可行性。
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通讯作者
李楠垭，洪堡学者，教授，博士毕业于南京航空航天大学，长期从事微波辅助3D打印和机器人多轴增材制造研究，2023年入选国家优秀青年基金（海外）资助项目。2018年至2022年在德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)，脉冲波与微波技术研究所开展微波辅助3D打印研究，作为PI主持德国科研项目2项，获得KIT“NEULAND Innovation”创新一等奖，法国JEC国际复合材料大会2020年度创新提名奖，截止目前在SCI期刊和会议发表论文30余篇, 授权1项德国发明专利, 1项欧洲发明专利，1项PCT国际发明专利和26项中国发明专利, Google H因子19，国际生产工程科学院(The International Academy for Production Engineering (CIRP))附属研究机构现任主席，CIRP RA 联合研究小组 “材料加工与表征研究”负责人，第 13 届全球 CIRP Global Web Conference （CIRPe 2025）,“面向智能制造的人工智能”大会主席。
于楠，爱丁堡大学副教授、博士生导师，数字设计与制造中心副主任，皇家工程院工业研究员。从事数字制造和精密技术领域的研究，主持欧盟地平线、英国创新基金、爱尔兰研究基金等7项国家级课题，作为PI累计获资助超150万欧元，参与5项国家级课题总经费逾2千万欧元。获国际期刊《前沿工程》青年科学家奖（RIE Young Investigator Award），《极端制造》年度最佳论文，《纳米制造与计量》年度杰出贡献奖，入选欧盟玛丽居里学者奖励（MSCA International Fellowship），英国皇家艺术、制造与商业学会会士(FRSA)，英国高等教育学会会士（FHEA）。研究成果发表学术论文50余篇，主编专著/刊4部，申请专利35项（授权14项）。担任欧洲精密工程学会EUSPEN学术委员，LAMDAMAP国际会议共主席，国际生产工程科学院全球网络会议CIRPe2024主席等。
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论文引用
Ting Wang, Nanya Li, Nan Yu, Unai Mutilba, Jon Flores, Yipeng Wang, Paulo Bartolo &S.K. Ong. obot-assisted additive manufacturing for aerospace applications: recent trends and its future possibilities:International Journal of Computer Integrated Manufacturing
DOI:https://doi.org/10.1080/0951192X.2025.2478007
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长三角G60激光联盟陈长军转载
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