3D打印机助手美国开发全自动化机器人

3D打印技术的应用案例近年来，3D打印的价值开始显现在想象力驰骋的各个领域，3D打印正让“天马行空”转变为“脚踏实地”的可能。

医学上、军事上，似乎再也没有什么可以阻挡住3D打印技术前进的步伐。

下面就一起来看一看，最近一段时间，3D打印技术又在哪些领域发挥着重大作用吧！1、DIY智能手机壳芬兰诺基亚公司于今年1月公开了WindowsPhone“Lumia820”后盖的3D数据“3D-printingDevelopmentKit”。

用户可以直接使用该数据，以喜欢的颜色进行3D打印，也可以定制图案。

数据包括组装成品的3D数据，以及6个构成组件的3D数据。

“Lumia820”的理念原本就是让用户自由换壳。

在美国，这样的后盖售价为25美元。

2、自制选配件瑞典TeenageEngineering公司也公开了产品的3D数据，为用户提供了利用3D打印机制作部件的机会。

该公司在官网上公开了音乐合成器“OP-1”选配件（背带部件等）的3D数据。

并且，3D数据还可以通过“Shapeways”网站下载。

用户下载数据后，可自己利用3D打印机进行制作，也可以从Shapeways上购买利用3D打印机制作好的成型制品。

当然也能买到企业提供的部件。

例如，名为“PitchBend”的选配件，在企业的直销网站上售价为9美元，而在“Shapeways”上的成型制品有4种颜色，售价为3.57美元到4.47美元。

3、给用户的设想赋予形状日本INCS公司经营的3D打印服务“InterCulture”销售3D打印机成型的各种商品。

基本形状由INCS提供，文字（Message）部分由用户定制。

发射台）与运输火箭的车辆是与万代公司的“成年人的超合金土星5号运载火箭”一同陈列的商品。

运输火箭车辆的诞生源于与消费者之间的意见交流。

即便是销量难以估计的产品，也可以使用3D打印机灵活地应对。

4、任何设计皆可利用3D打印机可以设计出非常个性的产品。

图为3D打印机生产商美国3DSystems公司的关联企业——荷兰FreedomOfCreation公司通过Web网站销售的凳子和灯罩。

全球智能制造装备行业发展现状及前景分析智能制造产业链涵盖智能装备（机器人、数控机床、服务机器人、其他自动化装备），工业互联网（机器视觉、传感器、RFID、工业以太网）、工业软件（ERP/MES/DCS 等）、3D打印以及将上述环节有机结合的自动化系统集成及生产线集成等。

全球范围来看，除了美国、德国和日本走在全球智能制造前茅，其余国家也在积极布局智能制造发展。

（一）全球智能制造行业发展现状及前景分析1、全球智能制造行业发展概况智能制造产业链涵盖智能装备（机器人、数控机床、服务机器人、其他自动化装备），工业互联网（机器视觉、传感器、RFID、工业以太网）、工业软件（ERP/MES/DCS等）、3D 打印以及将上述环节有机结合的自动化系统集成及生产线集成等。

全球范围来看，除了美国、德国和日本走在全球智能制造，其余国家也在积极布局智能制造发展。

2、全球智能制造行业规模分析智能制造装备是智能制造的主要体现载体智能制造装备涉及的工业机器人、3D打印设备、数控机床、智能控制系统、传感器等主要行业，产业规模实现快速增长。

根据工信部的统计，2010年以来我国制造业产值规模占全球的比重在19%-21%之间。

2016年，我国智能制造行业产值规模达12233亿元。

据此测算，2016年，全球智能制造产值规模在8687亿美元左右。

1、全球工业机器人市场现状及前景分析（1）全球工业机器人行业发展概况工业机器人是智能制造业最具代表性的装备。

日本、美国、德国和韩国是工业机器人强国。

日本号称“机器人王国”，在工业机器人的生产、出口和使用方面都居世界榜首;日本工业机器人的装备量约占世界工业机器人装备量的60%。

（2）全球工业机器人市场规模分析据国际机器人协会统计，1998年以来全球新装工业机器人年均增速达9%。

金融危机影响后，全球机器人行业市场规模不断扩大，2015年全球工业机器人销量超过25.4万台。

Packbot机器人PackBot 510多任务机器人由士兵该机器人采用Aware 2.0版机器人智能软件，适应性较强，其模块化数字架构适合各种可互换载荷，使其可执行多种任务。

依据任务需求和操作人员的参数选择，该机器人可快速改装。

Aware 2.0版机器人智能软件允许机器人自主操作，从而降低操作人员工作负荷，提高态势感知能力。

iRobot公司的510Packbot机器人是世界上经过战争环境测试的、最成功的机器人之一。

目前，伊拉克和阿富汗战场的士兵正在使用这种机器人以在安全的距离内来执行危险的任务。

510Packbot机器人能确认并解除路边炸弹、汽车炸弹以及其他简易爆炸装置（IED）的威胁，它同样适用于执行其他任务，其中包括侦察和清道等任务。

iRobot是知名的美国机器人公司，其家用清洁机器人销量巨大，甚至有人抱怨iRobot在美国的垄断。

除清洁机器人外，iRobot的另一成功产品就是军用机器人，iRobot PackBot就是其中一员。

iRobot PackBot自07年投入市场以来，至今已经出售3000台。

iRobot PackBot使用坦克履带行走，装有摄像头，士兵可以远程遥控机器人。

iRobot PackBot的一个重要功能就是排除未引爆的炸弹和地雷。

长0.87米，宽0.51米，高0.18米，重18公斤。

“Packbot”意指“背包机器人”，“Packbot”机它的最大时速可达14公里，每次充电后行驶距离能超过13公里，同时涉水深度可达3米。

该型机器人十分机警，能捕捉到躲在暗处的杀手们的一举一动。

它的底盘装有全球定位系统(GPS)、电子指南针和温度探测仪，设计成方形的“头部”可以伸出能识别“黑枪”的摄像机。

它还能通过声波定位仪、激光扫描仪、微波雷达等多种装置准确捕捉敌方狙击手的方位，并向随行的士兵“通风报信”。

器人十分结实，即使从1.8米的高度摔在硬质混凝土上，也会毫发无伤。

iRobot的另一种较小型“PackBot”机器人现服役于美国军队，这个“PackBot”搭配了一个爆炸物感应系统，有效地探测炸弹。

美国对颠覆性技术创新方向旳预判目前,世界新一轮科技革命和产业变革蓄势待发，全球产业构造和竞争格局旳深度调整正在孕育,未来也许获得突破旳颠覆性创新对人类“技术—经济—社会”范式变革具有重大意义。

中国科协创新战略研究院在对世界重要国家技术预见有关研究旳基础上，组织开展了专题调研，形成调研汇报。

本期重要简介美国各机构对颠覆性技术创新方向旳预判。

一、美国白宫科技政策办公室2023年10月底，美国国家经济委员会和白宫科技政策办公室联合公布了新版《美国国家创新战略》（《美国国家创新战略》初次公布于2023年），重要大力支持如下九大战略领域（表1）[1]。

表1 《美国国家创新战略》关注旳九大战略领域二、美国国防部高级研究计划局2023年9月，美国国防部高级研究计划局（Defense Advanced Research Projects Agency，DARPA）未来技术论坛召开，内容覆盖了从太空机器人、自主人工智能到地外生命及神经科学里程碑等多种方面（表2）[2]。

表2 DARPA未来论坛集中讨论旳技术领域DARPA也在布署开展创新研究项目，例如：（1）实行保护数据安全、增进信息共享旳布兰代斯（Brandeis）计划；（2）开展全天候、全自动、全覆盖核探测旳西格玛（Sigma）工程；（3）进行智能化复杂频谱管理旳频谱地图（RadioMap）项目；（4）开展与计算机交流旳研究，推进人机有效沟通与协作。

DARPA从征集旳“未来30年技术愿景”中遴选出若干技术领域，如表3所示。

表3 DARPA遴选出旳未来技术三、美国战略与国际研究中心2023年11月，美国战略与国际研究中心（Center for Strategic and International Studies，CSIS）公布题为《国防2045：为国防政策制定者评估未来旳安全环境及影响》旳评估汇报[3]。

这篇汇报是CSIS国际安全项目旳研究成果，汇报从人口、经济和国家力量、权力扩散、新兴技术和颠覆性技术、连通性、地缘政治六个方面，对未来安全环境进行评估。

3D打印发展史3D打印突然大热, 令我们以为它是横空出世的新技术。

其实, 任何新奇技术都不是一蹴而就的。

3D打印从正式出现到现在较为广泛的应用, 已经有将近30年的历史了。

所以习惯上把它称作“上上个世纪的思想, 上个世纪的技术, 这个世纪的市场”。

3D打印技术的核心制造思想最早起源于19世纪末的美国, 到20世纪80年代后期3D打印技术发展成熟并被广泛应用。

1892年, 美国登记了一项采用层合方法制作三维地图模型的专利技术。

1860年, 法国人Franois Willème申请到了多照相机实体雕塑（Photosculpture）的专利。

1979年, 日本东京大学生产技术研究所的中川威雄教授发明了叠层模型造型法。

1980年, 日本人小玉秀男又提出了光造型法。

虽然日本人研究出3D打印的一些方法, 但是此后20多年的时间里, 把这些科学方法转化为实际用途的都是美国人。

最早从事商业性3D打印制造技术的是美国发明家查尔斯·赫尔。

1986 年, 查尔斯离开了原来为之工作的紫外光产品公司, 成立一家名为“3D系统”的公司, 开始专注发展3D 打印技术。

这是世界上第一家生产3D 打印设备的公司, 而它所采用的技术当时被称为“立体光刻”, 是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。

1988 年, 查尔斯生产出世界上首台以立体光刻技术为基础的3D 打印机SLA-250, 体型非常庞大。

1988年, 美国人斯科特·克朗普发明了一种新的3D打印技术——熔融沉积成型。

该工艺适合于产品的概念建模及形状和功能测试, 不适合制造大型零件。

1989年, 美国人德卡德发明了选择性激光烧结技术, 这种技术的特点是选材范围广泛, 比如尼龙、腊、ABS、金属和陶瓷粉末等都可以作为原材料。

1992年, 美国人赫利塞思发明层片叠加制造技术。

在1995年之前, 还没有3D打印这个名称, 那时比较为研究领域所接受的名称是“快速成型”。

Packbot机器人PackBot 510多任务机器人由士兵该机器人采用Aware 2.0版机器人智能软件，适应性较强，其模块化数字架构适合各种可互换载荷，使其可执行多种任务。

依据任务需求和操作人员的参数选择，该机器人可快速改装。

Aware 2.0版机器人智能软件允许机器人自主操作，从而降低操作人员工作负荷，提高态势感知能力。

iRobot公司的510Packbot机器人是世界上经过战争环境测试的、最成功的机器人之一。

目前，伊拉克和阿富汗战场的士兵正在使用这种机器人以在安全的距离内来执行危险的任务。

510Packbot机器人能确认并解除路边炸弹、汽车炸弹以及其他简易爆炸装置（IED）的威胁，它同样适用于执行其他任务，其中包括侦察和清道等任务。

iRobot是知名的美国机器人公司，其家用清洁机器人销量巨大，甚至有人抱怨iRobot在美国的垄断。

除清洁机器人外，iRobot的另一成功产品就是军用机器人，iRobot PackBot就是其中一员。

iRobot PackBot自07年投入市场以来，至今已经出售3000台。

iRobot PackBot使用坦克履带行走，装有摄像头，士兵可以远程遥控机器人。

iRobot PackBot的一个重要功能就是排除未引爆的炸弹和地雷。

长0.87米，宽0.51米，高0.18米，重18公斤。

“Packbot”意指“背包机器人”，“Packbot”机它的最大时速可达14公里，每次充电后行驶距离能超过13公里，同时涉水深度可达3米。

该型机器人十分机警，能捕捉到躲在暗处的杀手们的一举一动。

它的底盘装有全球定位系统(GPS)、电子指南针和温度探测仪，设计成方形的“头部”可以伸出能识别“黑枪”的摄像机。

它还能通过声波定位仪、激光扫描仪、微波雷达等多种装置准确捕捉敌方狙击手的方位，并向随行的士兵“通风报信”。

器人十分结实，即使从1.8米的高度摔在硬质混凝土上，也会毫发无伤。

iRobot的另一种较小型“PackBot”机器人现服役于美国军队，这个“PackBot”搭配了一个爆炸物感应系统，有效地探测炸弹。

foxbot机器人的优点及用途介绍Foxbot机器人简介Foxbot是富士康自主研发的一个系列机器人。

富士康于2007在深圳开办自动化机器事业部，自主研发核心控制器和关键零件，后于2009年完成15款Foxbot机器人的开发工作，现在富士康在山西晋城开立工厂，大量生产Foxbot机器人。

工业机器人根据功能可大致分为6类，而Foxbot机器人已经细分成十几款不同功能的机型，分别应用于打磨抛光、喷涂、装配、搬运等多种生产任务。

该系列机器人在一些基本任务上表现得十分出色，但是在更灵活的配装工作方面，还有待提升。

但不可否认，一定程度上它可看作富士康工厂生产制造的顶梁柱。

Foxbot机器人优点被称为Foxbot富士康机器人，其智商的世界水平约为20多岁。

这些机器人可以每天24小时不间断地工作，有更高的承受力。

机器人在一些基本任务上表现得十分出色，但是在更加精细的配装工作方面，我们人类则更具优势。

工业机器人制造商ABB的高级首席科学家GeorgeZhang认为，富士康将会逐步使用机器工人代替人类工人完成配装工作，但是外媒slashdot认为这种情况至少也要等到iPhone6之后才会出现，目前人类工人仍然是一个更加便宜、更加实用的选择。

Foxbot机器人的用途目前。

Foxbot机器人在富士康分别应用于打磨抛光、喷涂、装配、搬运等多种生产任务。

大大提高了工业的生产效率。

郭台铭看好机器人代工之路一直以来，郭台铭饱受人力成本上升的困惑，此外，因为雇佣人数众多而导致的社会问题，也成为郭台铭头疼的难题之一。

作为全球代工帝国的掌门人，鸿海的郭台铭深切的感受到了机器人的重要性。

于是，机器人项目应运而生。

据郭台铭透露，富士康研发出的首批机器人从2010年起已在山西晋城园区投产，2011年该园区的机器人产能将达到一万台。

创新发展金点子100条1. 可再生能源智能网络：-利用人工智能和物联网技术，建立可再生能源的智能分布网络，提高能源利用效率。

2. 社交网络健康应用：-开发基于社交网络数据的健康应用，提供个性化的健康建议和跟踪服务。

3. 无人机快递服务：-设计无人机系统，用于城市和农村地区的快递服务，提高物流效率。

4. 虚拟现实培训平台：-利用虚拟现实技术开发培训平台，用于模拟危险环境和实际操作场景。

5. 可降解塑料替代品：-研发可降解的塑料替代品，减少塑料污染对环境的影响。

6. 人工智能辅助医疗诊断：-利用深度学习和医学数据，开发人工智能辅助医生进行疾病诊断的系统。

7. 智能家居安全系统：-开发整合智能安全设备的家居系统，包括智能门锁、监控摄像头等。

8. 城市垃圾分类系统：-利用图像识别和机器学习技术，开发城市垃圾自动分类系统，提高回收效率。

9. 智能农业传感器：-设计用于监测土壤、气象和植物状态的智能传感器，提高农业生产效率。

10. 在线学习虚拟实验室：-创建在线虚拟实验室，让学生通过互联网进行实验操作，促进远程教育。

11. 智能城市交通管理：-利用大数据和物联网技术，实现城市交通智能化管理，减少拥堵和提高交通效率。

12. 人工智能创意写作助手：-开发基于人工智能的创意写作助手，为作家和创作者提供灵感和建议。

13. 绿色建筑材料创新：-研发环保、可再生的建筑材料，推动绿色建筑发展。

14. 生物技术医学检测：-利用生物技术提高医学检测的准确性和效率，例如基因检测和癌症早期筛查。

15. 区块链身份验证系统：-建立安全的区块链身份验证系统，用于加强网络身份的安全性。

16. 环保智能家电：-制造更节能、环保的智能家电，提高家庭能源效率。

17. 水资源智能管理：-开发基于传感器和数据分析的水资源管理系统，提高用水效率和监测水质。

18. 医疗机器人手术助手：-设计可用于手术室的机器人系统，协助医生进行高精度手术。

19. 社交媒体心理健康支持：-创建基于社交媒体的心理健康支持平台，提供心理咨询和支持服务。

1.开源3D打印机概述根据对Thing-O-Matic开源3D打印机的装配调试及其后续的工件加工经验，本文主要介绍了makerbot公司的开源3D打印机Thing-O-Matic的装配、软件调试、软硬件结构、使用方法及其优缺点评估等内容。

Thing-O-Matic为美国Makerbot industries研制的一台开源3D打印机，该公司另外还有一个系列的开源3D打印机，为CupCakeCNC，它们的外壳都是用胶合板通过激光雕刻机切割出来的，使用ABS、PLA等原料来打印三维实体。

下图1为一台CupCakeCNC的整机。

值得我们注意的一点是，不管是Thing-O-Matic或者是CupCakeCNC，它们的机械、控制等部分都是依托在胶合板和透明塑料上，所以或多或少会影响其精度，另一方面，由于机器及平台的限制，也只能打印10cm*10cm*10cm左右大小的工件。

图1CupCakeCNC打印机的整机Thing-O-Matic是一台完全自动，低成本，DIY的3D打印机。

相比较其他机种，Thing-O-Matic的一个亮点是其的ABP（Automated Build Platform）平台，它能允许用户重复一个接着一个的打印工件，而中途完全不需要人的监视操作，只需要点击Build键，接下的工作就可以全部交给这台Thing-O-Matic。

作为CupCake CNC的派生系列，Thing-O-Matic在以前的基础上改进了许多地方，功能上也更加强大。

图2为一台完整的Thing-O-Matic打印机。

图2Thing-O-Matic打印机的整机2.Thing-O-Matic的装配2.1装配之前的准备工作相信不用我的介绍，大家已经知道这是一台完全手工组装的3D打印机，并且源代码对用户开放，我们可以根据自己的需求对其的代码进行更改优化。

为使组装顺利进行，必要的准备工作时必须的。

在组装之前，几样工具是必须事先准备好的，而且makerbot公司也没有提供这些工具。

《3D打印技术原理、应用与实训》阅读随笔目录一、内容概述 (2)二、关于《3D打印技术原理、应用与实训》 (2)三、3D打印技术原理 (4)1. 3D打印技术概述 (5)2. 3D打印技术基本原理 (6)3. 3D打印技术主要类型 (7)四、3D打印技术应用 (8)1. 制造业应用 (10)2. 医疗健康领域应用 (11)3. 建筑行业应用 (12)4. 教育领域应用 (13)五、实训部分 (14)1. 实训一 (15)2. 实训二 (16)3. 实训三 (17)4. 实训四 (18)六、随笔与思考 (20)1. 对3D打印技术的理解与感悟 (21)2. 实际应用中遇到的问题及解决方案 (23)3. 对未来3D打印技术的展望 (24)七、结语 (26)一、内容概述《3D打印技术原理、应用与实训》是一本全面介绍3D打印技术的书籍，旨在帮助读者了解3D打印技术的原理、发展历程、应用领域以及实际操作技能。

本书分为五个部分，分别是：第1章为引言，简要介绍了3D打印技术的背景、意义和发展趋势；第2章详细介绍了3D打印技术的原理，包括光固化成型、熔融沉积成型、粉状材料成型等多种成型技术；第3章重点讲述了3D打印技术在各个领域的应用，如航空航天、汽车制造、医疗健康等；第4章通过实际案例分析，展示了如何运用3D打印技术进行产品设计、原型制作和批量生产；第5章为实训篇，提供了丰富的实践项目和操作步骤，帮助读者将理论知识应用于实际操作中。

本书适合广大科技爱好者、教育工作者以及对3D打印技术感兴趣的读者阅读参考。

二、关于《3D打印技术原理、应用与实训》在我阅读《3D打印技术原理、应用与实训》这本书的过程中，我深深地感受到了三维打印技术的独特魅力和广泛应用前景。

这本书不仅全面介绍了3D打印技术的基本原理和工作方式，而且详细阐述了这一技术在不同领域的应用实例，同时还提供了丰富的实训内容，使读者能够实际操作，深入理解这一技术的实际操作和应用。

3D打印技术的全自动农耕系统Farmbot介绍日前，来自美国加州的工程师Rory Landon Aronson使用3D打印机开发出一款开源的数字化自动耕作机器Farmbot。

客观地说，Farmbot并非是一台3D打印机，但它的机械结构和技术原理与数控铣床和Carthesian 3D打印机非常相似。

Aronson在其说明上如此描述：“FarmBot是一款开源、可扩展的自动化精耕设备和软件。

”它包括一个可伸缩的框架，可沿X、Y、Z方向运动，就像一台3D打印机，但是它并没有安装打挤出机、打印头之类的3D打印机核心部件，而是代之以传感器和用于优化耕作输出的装置，比如种子喷射器，犁和水喷嘴等。

使用一个Arduino主控板和树莓派，FarmBot的工具头就可以精确地定位，并进行各种操作，如整地、播种、浇水、施肥、杂草控制和数据采集等。

Farmbot的操作主要通过一个基于Web技术架构的软件。

Aronson称该软件“简单、可扩展、容易破解”：它很容易修改，以适应不同类型的蔬菜、农场规模或技术。

据天工社了解，该软件界面友好，应用目标涵盖食品生产的整个范围：从最小化耕作成本和提高精耕能力，到实际播种、选择性浇水和收获蔬菜等。

以下是FarmBot自动化耕作系统与传统的农耕技术相比的一些优势：一台机器可种植多种作物；能够实现浇水、喷洒、播种间距的最优化操作；全自动化，可全天候运作近乎无限可能的农场设结合“大数据”采集和基于数据分析进行决策、“智能农业”能够最大效率地利用耕作空间可使庭院式耕作系统变为产业化操作Farmbot通过对当前3D打印机软件和硬件的巧妙修改把农业带到了下一个世纪。

而且Farmbot的所有软硬件设计都是开源的。

开发者Aronson解释说：“这个项目的目标是建立。