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研究背景

增材制造（AM）技术，其中直接能量沉积（DED）方法，像电弧增材制造 WAAM 和激光金属沉积 LMD 等，能够逐一层地制造出具有复杂形状的金属部件以及纤维增强聚合物复合材料，这样就突破了传统制造所存在的限制。这种技术的发展促使了机器人辅助增材制造（RoAM）的兴起，它将高自由度机器人平台与精密的 3D 打印喷头相结合，能够制造出轻量化且复杂的结构。不过，RoAM 作为一种前沿技术，依然面临着技术成熟度较低以及瓶颈问题较多等挑战。

近日，南京航空航天大学的李楠垭教授领衔，爱丁堡大学的于楠研究员也参与其中，还有来自德国慕尼黑工业大学、西班牙公司、北京工业大学、新加坡国立大学、南洋理工大学的学者一同合作。他们在工程技术领域期刊 of 上发表了题为"Robot- for : and its "的研究成果。这篇综述论文的目的是研究机器人辅助增材制造在航空航天应用方面的最新进展，着重强调它对航空航天行业所产生的深远影响，同时探讨未来发展的可能性。文章对机器人辅助增材制造的概念进行了探讨，并且突出了它与传统方法相比所具有的优势。本文对该领域的最新研究和突破进行了全面的审视，涵盖了电弧增材制造、激光金属沉积以及复合材料的挤出成型。研究内容包含金属增材制造的硬件实现，包含纤维增强复合材料增材制造的硬件实现。研究内容包含金属打印材料的使用，包含纤维增强复合材料打印材料的使用。研究内容包含金属打印路径规划方法，包含纤维增强复合材料打印路径规划方法。此外，文章对与机器人辅助增材制造相关的挑战进行了研究，这些挑战包括系统校准，包括精度，包括对复杂几何形状的适应性等问题。

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 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 625护套制造的火箭发动机喷管；

图8. LMD制造或涂层化的火箭发动机喷管。

(a) 使用 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；

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；

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；

(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 展示了激光金属沉积过程（位于右侧的机器人）与低温铣削（位于左侧的机器人）相结合的混合制造系统

关键结论

工业机器人无论是用于定向能量沉积（DED）还是熔融沉积成型（FDM），在制造金属和复合材料时都展现出优势。其优势包括更高的灵活性和可扩展性，还有对材料和工艺的改进与优化。机器人辅助增材制造（RoAM）的未来具有巨大的可能性。RoAM 有潜力通过应对文中所讨论的挑战来重新定义航空航天行业，让其变得更加高效、可持续且先进。RoAM 在未来能够应用于解决各行业的新工业问题，且具有巨大的潜力。

RoAM 具备生产高度定制化产品的能力，能够满足个体客户的需求。这种定制化生产在验证新概念方面具有特别的价值。

可持续制造方面，增材制造（AM）以及机器人技术对其有帮助。它能通过优化材料的使用，减少浪费，还能实现高效的生产流程。机器人辅助增材制造可以降低环境影响，并且在各个行业推动可持续性的发展。

修复方式：通过电弧增材制造（WAAM）技术对损坏或磨损的部件进行修复。

轻量化和优化设计方面：RoAM 具备创建具有优化设计的复杂结构的能力。借助轻量化材料，例如晶格结构，能够实现减轻重量的目的，还能提高燃油效率，进而提升航空航天领域的整体性能。

太空探索方面，配备了增材制造能力的机器人能够自主地构建结构，还能构建卫星设施，甚至可以利用其他行星上可用的当地材料来生成栖息地，这样就使长期的太空任务更具可行性。

通讯作者

李楠垭是洪堡学者且为教授，他博士毕业于南京航空航天大学。他长期致力于微波辅助 3D 打印以及机器人多轴增材制造方面的研究。在 2025 年，他入选了国家优秀青年基金（海外）的资助项目。2018 年到 2025 年期间，在德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的脉冲波与微波技术研究所进行微波辅助 3D 打印研究。曾以 PI 的身份主持了 2 项德国科研项目。获得了 KIT 的“ ”创新一等奖以及法国 JEC 国际复合材料大会 2025 年度创新提名奖。截至目前，在 SCI 期刊和会议上发表了 30 余篇论文，授权了 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，H 因子为 19。是国际生产工程科学院（The for (CIRP)）的附属研究机构的现任主席，也是 CIRP RA 联合研究小组“材料加工与表征研究”的负责人，同时担任第 13 届全球 CIRP Web（CIRPe 2025）“面向智能制造的人工智能”大会的主席。

于楠是爱丁堡大学的副教授以及博士生导师，还是数字设计与制造中心的副主任，同时是皇家工程院的工业研究员。他从事数字制造和精密技术领域的研究工作，主持了欧盟地平线、英国创新基金、爱尔兰研究基金等 7 项国家级课题，以项目负责人（PI）的身份累计获得了超过 150 万欧元的资助，并且参与了 5 项国家级课题，这些课题的总经费超过 2 千万欧元。获国际期刊《前沿工程》的青年科学家奖（RIE Young Award）；获得《极端制造》的年度最佳论文；荣获《纳米制造与计量》的年度杰出贡献奖；入选欧盟玛丽居里学者奖励（MSCA）；成为英国皇家艺术、制造与商业学会会士(FRSA)；成为英国高等教育学会会士（FHEA）。研究成果在学术论文方面有 50 余篇被发表，主编了 4 部专著/刊，申请了 35 项专利（其中 14 项获得授权）。担任了欧洲精密工程学会的学术委员，还担任了国际会议的共主席以及国际生产工程科学院全球网络会议的主席等职务。

论文引用

Ting Wang、Nanya Li、Nan Yu、Unai、Jon、Wang、Paulo 以及 S.K. Ong 参与了某个项目：并且该项目涉及到某个方面的内容。

DOI:

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