3D機器人水刀系統使用水和石榴石的混合物，通過高速射流完成精準的切割，適用於那些對精確切割要求很高的行業應用。
機器人加工已經走過了漫長的道路，並且已經證明其具有足夠的穩健性和精確度，可以滿足航空航天工業所要求的嚴格公差。在本文的案例中，將介紹關於機器人水刀（waterjet）系統為商用噴氣式發動機切割整體葉片轉子（IBR）的應用。
使用混合有磨料介質的水流以超高的速度從一個很小孔內噴射出去，機器人水刀系統可以切割厚達1英尺的固體金屬。6軸機器人可以在整個部件上控制水刀的噴嘴，輕鬆地塑造出優雅的噴氣式發動機螺旋槳的輪廓。
機器人水刀系統製造出一股水流，以超音速的速度噴出，用來切割各種材料，包括用於航空行業的超級合金部件。圖片來源： RIA
“這就是使用水刀系統進行的3D切割，” Shape Technologies公司的業務拓展副總裁Dylan Howes說道，“Aquarese系統是唯一一個可以達到94000磅/平方英寸的3D機器人水刀切割系統。”
3D水刀切割系統整合了使用先進機器人的技術，為Shape Technologies公司的航空、能源以及汽車客戶們提供了交鑰匙的解決方案。機器人為水刀工藝帶來了靈活性和流暢的運動。憑藉6個自由度，鉸接式的手臂幾乎可以從任何角度接近工件，並遵循平滑、精確和高度可重複的刀具路徑，實現精確的切割和輪廓。切割金屬時，水刀只能用於粗切割部件，隨後還需要進行額外的銑削操作。
“水刀的優點之一是它應用廣泛，可以切割包括石頭、玻璃、紙張、金屬、複合材料等幾乎任意物品。”Howes說道，“如果你有一臺水刀，今天你能用它切割金屬，明天你也能用它切割泡沫。第二，它是一種冷切割工藝，相較於激光、等離子切割，它不留任何焊接熱影響區和機械變形，不損壞零件的完整性。第三是水刀效率高、可以重複利用，同時它也不會產生毒煙、有毒廢渣，切割下的邊角料更完整，也更便於回收。”
Aquarese系統是用來切割鈦合金、鉻鎳鐵合金、鎳基合金、其他超級合金、不鏽鋼以及複合材料。對於切割金屬來說，磨料射流還是需要的。在大約99%的類似應用中都採用石榴石。水和石榴石在離開水刀切割頭的時候速度可達音速的4倍，從而使切割功率提高1000倍。這是沒有任何熱疲勞的冷切工藝。
機器人水刀系統用於清理渦輪組件的塗層
機器人的精度和可重複性
在航空業意識到機器人水刀在切割金屬和複合物方面的價值之前，該技術更加普遍地用於軟一些的材料上。
“現在它已經變成了一個更加常用的應用了，因為我們可以獲得更好的性能，”Stubli公司北美機器人技術分部的經理Sebastien Schmitt說，“通過利用手臂的強度和精準度，我們已經取得了巨大的進步，使得在航空領域裡應用成為可能。精度、可重複性和剛性，所有這些都來自於我們的專利變速箱，這讓Aquarese系統在軌跡控制上有出色表現。”
負載高達100公斤的機器人，不但具有剛性，而且還可以耐受超高壓的射流。Schmitt說，“其性能可以與傳統的銑削手段相媲美，而且成本更低。5軸計算機數控（CNC）機器的成本是你現在看到的系統成本的3到4倍。”
Aquarese系統為應對潮溼的環境，特地開發了潮溼環境機器人。其所包含的機械臂結構的保護等級是IP65，封閉式臂結構，同時增強抑制提高了防水水平。IP67的機器人手腕極耐腐蝕，可防止低壓浸沒。工具法蘭和關鍵部件由不鏽鋼製成，適合在腐蝕性環境下使用。使用壽命長是用戶很看重的一個因素，特別是當機器人工作在惡劣環境中的時候。
專有的機器人編程語言經過優化，可以與計算機輔助設計（CAD）和路徑軟件相兼容。Howes表示，導入CAD的模型並生成一個優化的刀具路徑是很簡單的流程。水刀系統的程序是使用與系統捆綁在一起的軟件包編制的。對於3D機器人水刀切割系統，提供了具有特定應用功能的模塊。這些應用包括整體葉盤粗加工和風機葉片修邊。Howes說：“我們還可以使用機器人技術，將核心清除系統與用於去除澆口的切割解決方案以及用於從鍛造材料中去除閃光的系統集成在一起。”
機器人輔助航空製造
在美國亞特蘭大的佐治亞研究所的校園裡，波音製造研發中心（BMDC）內正在進行著研究工作。BMDC的工作重心是以非傳統的方式實施工業自動化，例如無墊片機加工。該中心坐落於19000平方英尺的德爾塔先進製造試點設施（AMPF）之內。
在佐治亞技術研究所內研發出來的新技術已經在波音公司轉化成生產力，包括為先進的商用飛機開發的設計手段，商用和軍用飛機的流量控制，用於洞穿孔的視覺系統，以及用於裝配的自主機器人技術等。
其他的研究包括通過人類的演示教會機器人完成一些任務，並探索使用機器人作為靈活的夾具裝置等。隨著先進製造業的發展，機器人輔助航空製造會持續成為研究人員關注的焦點。
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