有點驚艷！從2020迪拜世博會的Prusa自動化農(nóng)場系統(tǒng)AFS看未來制造

導讀：在2020迪拜世博會上，3D打印技術(shù)已經(jīng)成了一道奇特的風景線。3D打印大衛(wèi)像、3D打印混凝土場館還有3D打印便捷商店已經(jīng)讓游客們嘖嘖稱奇了。那么，看看Prusa的3D打印自動化農(nóng)場，你可能會更驚訝！

據(jù)Prusa描述，這家公司正在總部布拉格運營了一個可能會是目前世界上最大的超大型的3D打印農(nóng)場。600臺3D打印機24/7全天候運行，為新機器生產(chǎn)塑料零件。提起農(nóng)場這一概念，人們腦海里通常會冒出一排排瓦房或者屋棚。但，這是3D打印農(nóng)場。

△AFS

Prusa似乎一直在致力于實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，但真正的改變大約發(fā)生在三年前。那是，他們收到一份代表捷克參加2020年迪拜世博會的邀請，展示“下一代”技術(shù)。于是，自動化農(nóng)場系統(tǒng)（AFS）就這樣誕生了。

Prusa Pro AFS – 自動化農(nóng)場系統(tǒng)

在迪拜世博會展出的AFS由34臺全新原裝Prusa打印機組成，盡管這些機器不是Prusa最新發(fā)布的Original Prusa XL，但采用的也是CoreXY結(jié)構(gòu)的機型并共享某些功能和技術(shù)。Prusa解釋說，這是為了高效利用打印場的空間。他們將整個場看作一個類似于具有熱插拔功能的計算機服務器機架，當打印機需要維修時，只需將其滑出并放置一臺新打印機即可。

△迪拜的農(nóng)場由34臺新CoreXY Original Prusa 3D打印機組成

當然，僅僅這樣依然不能稱之為自動化。因此，Prusa開發(fā)了一款新軟件Prusa Connect來控制整個農(nóng)場：當進行打印任務時，它會自動找到最適合作業(yè)的機器（例如，一臺剛剛完成打印且尚未完全冷卻的機器，這樣恢復到工作溫度將更快更高效）。

△回收區(qū)的3D打印雪花

而且Prusa Connect會跟蹤所有打印作業(yè)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)、剩余時間以及其他關(guān)鍵設置和數(shù)據(jù)。打印完成后，軟件會自動命令機械臂抬起打印床并移向收集區(qū)。模型將在那里與床分離，傳送到收集箱。然后打印床將會原路送回到打印機。

為了進一步測試這款軟件，Prusa發(fā)布了軟件的封閉式Beta測試版，有興趣的小伙伴可以通過鏈接進行下載：https://connect.prusa3d.com/。

個性化批量制造之路

3D打印農(nóng)場這個概念最早是由西安曲率數(shù)字科技提出，他們研發(fā)了一套名叫OCEAN Farm的系統(tǒng)，通過云端聯(lián)網(wǎng)，統(tǒng)一操控多臺設備，實現(xiàn)3D打印機的高效運作。這項技術(shù)在2015年10月的首屆Ignite China微軟技術(shù)大會上亮相，曾被當做“中國智造”的典范被廣泛報道。

△通過互聯(lián)網(wǎng)集中控制，可以不同機器打印同一件物體或不同物體

2017年，Stratasys 在日本展出了一款由9臺雙噴頭FDM（一個噴頭打印支撐結(jié)構(gòu)、另一個打印模型本身） 組成一個矩陣打印機，來實現(xiàn)小批量生產(chǎn)制造。

△Stratasys在日本工業(yè)展的3D打印機農(nóng)場

而這種類型的機柜逐漸被發(fā)展成了一套自動化打印機組系統(tǒng)，特別是Mosaic Manufacturing在2021年4月份發(fā)布的Array自動系統(tǒng)。這款機柜由4臺打印機組成，利用機器人系統(tǒng)自動拆除和更換打印臺。然而，這種機柜模式的小型“農(nóng)場”雖然看著很驚艷，但是靈活性不足。不能根據(jù)用戶喜好隨意增加或減少3D打印單元的數(shù)量。

△Array自動化拆除和更換打印臺

無獨有偶，樹脂3D打印機制造商Formlabs也于2017年使用他們的Form 2 SLA 3D打印機和機械臂展示了一個自動化打印農(nóng)場概念，利用機械臂移動帶有完整零件的構(gòu)建板。然而，該系統(tǒng)在那以后似乎石沉大海，目前還不清楚該公司是否仍然計劃以這種方式發(fā)布新產(chǎn)品。

△Formlabs農(nóng)場

到了2019年，BCN3D展示了一個真正規(guī)模化的3D打印農(nóng)場，由63臺桌面機獨立雙頭打印機組成。而這似乎也成為了Prusa的AFS的基本模式。在迪拜世博會上，游客通過使用觸摸屏平板電腦操控全場的34臺打印機，選擇并生成獨特的雪花設計，然后用熒光塑料打印出來。而這些雪花可以組裝起來，作為展覽上動態(tài)增長的雕塑中。

△BCN3D的3D打印農(nóng)場，63臺桌面機獨立雙頭打印

如何組建自己的3D農(nóng)場？

3D打印農(nóng)場自概念創(chuàng)建以來至今已經(jīng)五六年了，但是真正意義上完成大規(guī)模組建計劃的農(nóng)場卻仍然寥寥無幾，也似乎只有Prusa成功組建了上百臺機器規(guī)模的農(nóng)場。在疫情之前，3D打印農(nóng)場系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)制造的流水線或許尚有不足。但是放眼現(xiàn)在，這似乎成了一個潮流。

△保持一個3D打印生態(tài)系統(tǒng)是最簡單的

無論是何種打著“超快”旗號的3D打印系統(tǒng)，人們始終需要等上幾小時到幾十小時才能完成打印作業(yè)。而這，為大規(guī)模批量制造帶來了難題。為了實現(xiàn)量產(chǎn)，一家3D打印服務商或者工廠需要至少上百臺3D打印機完成批量制造的任務。因此，一套自動化系統(tǒng)是現(xiàn)代甚至未來3D打印工廠的必須品，例如OCEAN Farm、Prusa Connect等其他自動化軟件系統(tǒng)，以及可搭配使用的機械臂或者機器人系統(tǒng)。

△自動化農(nóng)場系統(tǒng)

在3D打印機選擇上也要考慮機器的兼容性、可靠性、成本和輸出容量。Prusa能夠?qū)崿F(xiàn)同時控制600臺3D打印的“壯舉”，最大因素是因為它的開源性。而為了更高效地利用空間，Prusa選用CoreXY結(jié)構(gòu)的打印機也使得機械臂能夠通過陣列形式更精準地定位單個打印單元。另外，雖然市面上兼容性好、可開源的3D打印機型很多，為了避免不必要的麻煩，保持盡可能少地使用不同品牌和型號的打印機能夠更好地實現(xiàn)可重復性。南極熊想，這可能就是Formlabs至今沒有想好如何在樹脂3D打印機陣列中更好地完善這一操作的原因吧。

△Next3D Farm

在2020年，Next3D在埃塞俄比亞的Addis Ababa開設了一個3D打印農(nóng)場，為當?shù)仄髽I(yè)和游客提供各種服務。例如旅游景點建筑模型、3D建模以及按需打印原型和促銷品。據(jù)了解，這座小型農(nóng)場共有30臺打印機，由22臺Prusa i3 MK3S，2臺Creality CR-10，2臺Creality CR-20，2臺Anycubici3 Mega和2臺Creality Ender 3組成。Next3D稱在建立初期，Next3D Farm尚未達到滿載負荷，平均有10臺機器處于運行狀態(tài)。

制造業(yè)的未來？

Prusa將我自動化3D打印農(nóng)場視為制造業(yè)的未來，尤其是小批量生產(chǎn)。因為幾乎不需要維護，操作簡單易學，農(nóng)場管理軟件能夠完成大部分人工操作，降低了成本。與機械加工或其他減材技術(shù)相比，3D打印從環(huán)境方面實現(xiàn)了減少浪費。另外，本地制造也能在一定程度上減少運輸成本。

△ 3D打印雪花

雖然這種3D打印農(nóng)場目前尚未普及，不過南極熊也根據(jù)反饋列舉了一些可以推廣農(nóng)場系統(tǒng)的地點：

• 學校：學生可根據(jù)興趣或者課題要求將模型發(fā)送到隊列中，主管可以查看并批準發(fā)送到農(nóng)場打印隊列。
• 大型工程公司：可提高研發(fā)效率。
• 維修公司：減少零件庫存，實現(xiàn)按需生產(chǎn)。
• 小型工作室：實現(xiàn)內(nèi)部小批量制造。
• 自動化按需打印服務提供商：在線訂單，本地生產(chǎn)。
  

△雪花雕塑

目前，盡管全球已經(jīng)有相當多的不同規(guī)格的小型3D打印農(nóng)場形態(tài)，Prusa的目標似乎更大。只是因為疫情原因，全球零件短缺問題尚未緩解。PrusaPro AFS尚未準備好全面投入生產(chǎn)，僅在當?shù)剡\行并測試。不過，Prusa也發(fā)表了態(tài)度，計劃在2022年向客戶交付第一批產(chǎn)品。盡管價格尚未確定，但會根據(jù)農(nóng)場規(guī)模而有所不同。對于更大的農(nóng)場，Prusa的目標是每臺打印機+服務合同3000美元（約1.9萬人民幣）。

參考閱讀：

1. The Future of Manufacturing in Dubai: The first look atour Automated Farm System
2. ABOUT THE EXHIBIT
3. Prusa Connect
4. What We Learned from Prusa’s AFS Reveal
5. Prusa Research Unveils the Prusa Pro Automated FarmSystem
6. PRUSA PRO AFS - Automated Farm System: Presenting theFuture of Manufacturing on EXPO 2020 in Dubai
7. Introducing Form Cell
8. 3D Printer Farm: How to Get Up and Running
9. 多材料，多設備，自動化！MOSAIC推出系列FFF 3D打印陣列：Array, Element,Palette 3
10. 批量個性化制造來了，Stratasys在日本工業(yè)展曝光3D打印機農(nóng)場
11. 個性化批量，3D打印農(nóng)場是怎么一回事？
12. BCN3D打印的3D打印農(nóng)場，63臺桌面機獨立雙頭打印
13. 3D打印大衛(wèi)像亮相2020年迪拜世博會
14. WASP與迪奧合作在迪拜世博會上3D打印出可持續(xù)發(fā)展的便捷商店
15. 迪拜王儲批準在2020 年迪拜世博會場館建立首個3D打印區(qū)
16. Prusa Research發(fā)布CoreXY結(jié)構(gòu)、5打印頭3D打印機OriginalPrusa XL，開啟預購