3D打印機(jī)必須盡可能保持緊湊的占地面積和高效。對(duì)于一些用于快速生產(chǎn)制造原型產(chǎn)品或批量生產(chǎn)的工業(yè)應(yīng)用尤其如此，這些生產(chǎn)依賴于3D打印機(jī)而非傳統(tǒng)制造方法。不僅自動(dòng)化系統(tǒng)必須保持緊湊，能夠安裝在打印機(jī)框架內(nèi)，減少或消除對(duì)電氣柜的依賴，而且運(yùn)動(dòng)控制還應(yīng)完全集成，用盡可能少的硬件，并盡量減少布線。

　　基于PC的現(xiàn)代控制技術(shù)，為增材制造的自動(dòng)化和運(yùn)動(dòng)控制提供了一種高效、緊湊的方法。這是通過幾十年來(lái)在眾多行業(yè)中證明了有助于性能提高和空間節(jié)省的硬件和軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　運(yùn)動(dòng)控制和小型化

　　使用工業(yè)PC技術(shù)的自動(dòng)化一直與硬件整合有關(guān)。這意味著更少的設(shè)備，也就是在緊湊的空間內(nèi)，一個(gè)設(shè)備可以完成更多的工作。雖然經(jīng)過擴(kuò)展，已經(jīng)包括大量的自動(dòng)化、控制和測(cè)量功能，但它的初衷是將可編程邏輯控制器（PLC）、人機(jī)界面（HMI）和運(yùn)動(dòng)控制結(jié)合在一個(gè)強(qiáng)大的設(shè)備上。這主要得益于商用（COTS）處理器功能的不斷擴(kuò)大。

　　微處理器中晶體管倍增的摩爾定律，使得這些成為可能。小型芯片組處理器性能持續(xù)提高所帶來(lái)的影響越來(lái)越大。自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者利用這些強(qiáng)化工業(yè) PC (IPC)，使它們可以完成比傳統(tǒng) PLC、可編程自動(dòng)化控制器 (PAC) 或獨(dú)立運(yùn)動(dòng)控制器更多的工作。

圖1：新型AMI812x系列集成伺服驅(qū)動(dòng)器，擴(kuò)展了緊湊型驅(qū)動(dòng)器技術(shù)組合，配置了現(xiàn)場(chǎng)分布式安裝設(shè)備。圖片來(lái)源：Beckhoff Automation

　　如今，在3D打印機(jī)中設(shè)置一臺(tái)IPC，就可以實(shí)現(xiàn)雙倍、三倍、四倍甚至更多的工作任務(wù)，其占地面積與單用途傳統(tǒng)設(shè)備相當(dāng)。運(yùn)動(dòng)控制、邏輯計(jì)算、計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）和可視化，是用于整體機(jī)器控制的中央IPC的工作職責(zé)。

　　除了使控制系統(tǒng)更小之外，其優(yōu)勢(shì)還包括降低硬件成本、減少布線、減少需要管理的軟件平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)、縮短編程和調(diào)試時(shí)間、加快上市時(shí)間和簡(jiǎn)化供應(yīng)商安排等。設(shè)備制造商利用一個(gè)通用軟件平臺(tái)，就可以完成所有自動(dòng)化軟件的開發(fā)和編程。

　　單電纜技術(shù)和內(nèi)置驅(qū)動(dòng)

　　電子技術(shù)中小型化的趨勢(shì)已經(jīng)擴(kuò)展到驅(qū)動(dòng)技術(shù)和放大器。伺服驅(qū)動(dòng)器變得更小，但也更加模塊化。模塊化驅(qū)動(dòng)器用戶可以根據(jù)需要為多個(gè)運(yùn)動(dòng)軸、電源和安全技術(shù)配置模塊。在安裝時(shí)，這些驅(qū)動(dòng)模塊之間無(wú)需布線和電纜即可連接。單電纜技術(shù)（OCT）伺服電機(jī)已成為標(biāo)準(zhǔn)配置，它使電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器之間的電纜和連接器減少了50%。

　　內(nèi)置驅(qū)動(dòng)技術(shù)可用于各種塑料和金屬材質(zhì)的輸入/輸出（I/O）端子。這意味著緊湊型電機(jī)可使用12至30 mm寬的I/O，處理多軸CNC等的驅(qū)動(dòng)功能。節(jié)省空間的終端，可以以兼容格式添加到與所有其它I/O（包括用于機(jī)器安全的I/O）相同的機(jī)架上。同一DIN導(dǎo)軌上的其它I/O，可以與3D打印機(jī)中的設(shè)備連接，如流量計(jì)、鼓風(fēng)機(jī)、VOC、床加熱器和測(cè)量PSI、溫度、振動(dòng)和其它傳感器。

圖2: ELM72xx EtherCAT端子，在堅(jiān)固的金屬外殼中提供功能齊全的伺服驅(qū)動(dòng)器，為電源提供48 V DC，高達(dá)16 A的輸出電流。

　　可以利用可插拔I/O模塊（包括用于運(yùn)動(dòng)控制的I/O模塊）在板級(jí)嵌入I/O系統(tǒng)。分布式驅(qū)動(dòng)器有多種選擇，這些驅(qū)動(dòng)器可在伺服電機(jī)的背面集成完整的伺服驅(qū)動(dòng)器。這種設(shè)備的融合增加了電機(jī)的長(zhǎng)度，但不改變其它尺寸。

　　這些I/O和驅(qū)動(dòng)技術(shù)結(jié)合在一起，為增材制造提供了令人興奮的機(jī)會(huì)，可以減少3D打印機(jī)的尺寸。（作者Paxton Shantz, Beckhoff Automation|） 

　　關(guān)鍵概念：

　　3D打印機(jī)在設(shè)施中占地面積要小。

　　基于PC的現(xiàn)代控制技術(shù)，為增材制造提供緊湊的自動(dòng)化和運(yùn)動(dòng)控制方法。

　　思考一下：

　　增材制造如何改善工廠運(yùn)營(yíng)？