Οι σερβοκινητήρες και τα ρομπότ μεταμορφώνουν τις πρόσθετες εφαρμογές. Μάθετε τις πιο πρόσφατες συμβουλές και εφαρμογές κατά την εφαρμογή ρομποτικού αυτοματισμού και προηγμένου ελέγχου κίνησης για πρόσθετη και αφαιρετική κατασκευή, καθώς και τι ακολουθεί: σκεφτείτε υβριδικές προσθετικές/αφαιρετικές μεθόδους.
ΠΡΟΧΩΡΗΣΗ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ
Από τη Sarah Mellish και τη RoseMary Burns
Η υιοθέτηση συσκευών μετατροπής ισχύος, τεχνολογία ελέγχου κίνησης, εξαιρετικά ευέλικτα ρομπότ και ένας εκλεκτικός συνδυασμός άλλων προηγμένων τεχνολογιών αποτελούν κινητήριους παράγοντες για την ταχεία ανάπτυξη νέων διαδικασιών κατασκευής σε όλο το βιομηχανικό τοπίο. Επανάσταση στον τρόπο κατασκευής των πρωτοτύπων, των ανταλλακτικών και των προϊόντων, η πρόσθετη και η αφαιρετική κατασκευή είναι δύο βασικά παραδείγματα που έχουν προσφέρει την αποτελεσματικότητα και την εξοικονόμηση κόστους που επιδιώκουν οι κατασκευαστές να παραμείνουν ανταγωνιστικοί.
Αναφέρεται ως τρισδιάστατη εκτύπωση, η κατασκευή προσθέτων (AM) είναι μια μη παραδοσιακή μέθοδος που συνήθως χρησιμοποιεί δεδομένα ψηφιακής σχεδίασης για τη δημιουργία στερεών τρισδιάστατων αντικειμένων με τη σύντηξη υλικών στρώμα προς στρώμα από κάτω προς τα πάνω. Συχνά φτιάχνοντας εξαρτήματα σε σχήμα σχεδόν δίχτυ (NNS) χωρίς απόβλητα, η χρήση του AM τόσο για βασικά όσο και για πολύπλοκα σχέδια προϊόντων συνεχίζει να διαπερνά βιομηχανίες όπως η αυτοκινητοβιομηχανία, η αεροδιαστημική, η ενέργεια, η ιατρική, οι μεταφορές και τα καταναλωτικά προϊόντα. Αντίθετα, η διαδικασία αφαίρεσης συνεπάγεται την αφαίρεση τμημάτων από ένα μπλοκ υλικού με κοπή ή κατεργασία υψηλής ακρίβειας για τη δημιουργία ενός 3D προϊόντος.
Παρά τις βασικές διαφορές, η προσθετική και η αφαιρετική διαδικασία δεν είναι πάντα αμοιβαία αποκλειόμενες — καθώς μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να συμπληρώσουν διάφορα στάδια ανάπτυξης του προϊόντος. Ένα πρώιμο μοντέλο ιδέας ή πρωτότυπο δημιουργείται συχνά από τη διαδικασία πρόσθετου. Μόλις οριστικοποιηθεί αυτό το προϊόν, μπορεί να απαιτηθούν μεγαλύτερες παρτίδες, ανοίγοντας την πόρτα στην αφαιρετική κατασκευή. Πιο πρόσφατα, όπου ο χρόνος είναι σημαντικός, εφαρμόζονται υβριδικές προσθετικές/αφαιρετικές μέθοδοι για πράγματα όπως η επισκευή κατεστραμμένων/φθαρμένων εξαρτημάτων ή η δημιουργία ποιοτικών ανταλλακτικών με λιγότερο χρόνο παράδοσης.
ΑΥΤΟΜΑΤΗ ΠΡΟΒΟΛΗ
Για να ανταποκριθούν στις αυστηρές απαιτήσεις των πελατών, οι κατασκευαστές ενσωματώνουν μια σειρά από συρμάτινα υλικά όπως ανοξείδωτο χάλυβα, νικέλιο, κοβάλτιο, χρώμιο, τιτάνιο, αλουμίνιο και άλλα ανόμοια μέταλλα στην κατασκευή τους, ξεκινώντας με ένα μαλακό αλλά ισχυρό υπόστρωμα και τελειώνοντας με ένα σκληρό, φθορά - ανθεκτικό εξάρτημα. Εν μέρει, αυτό αποκάλυψε την ανάγκη για λύσεις υψηλής απόδοσης για μεγαλύτερη παραγωγικότητα και ποιότητα σε περιβάλλοντα παραγωγής προσθετικών και αφαιρετικών, ειδικά όταν πρόκειται για διαδικασίες όπως η κατασκευή πρόσθετου τόξου σύρματος (WAAM), η αφαίρεση WAAM, η επένδυση με λέιζερ ή η διακόσμηση. Τα κυριότερα σημεία περιλαμβάνουν:
- Προηγμένη τεχνολογία Servo:Για την καλύτερη αντιμετώπιση των στόχων της αγοράς και των προδιαγραφών σχεδιασμού των πελατών, όσον αφορά την ακρίβεια διαστάσεων και την ποιότητα φινιρίσματος, οι τελικοί χρήστες στρέφονται σε προηγμένους τρισδιάστατους εκτυπωτές με συστήματα σερβομηχανισμού (over stepper motors) για βέλτιστο έλεγχο της κίνησης. Τα πλεονεκτήματα των σερβοκινητήρων, όπως ο Sigma-7 της Yaskawa, ανατρέπουν τη διαδικασία πρόσθετου, βοηθώντας τους κατασκευαστές να ξεπεράσουν κοινά προβλήματα μέσω των δυνατοτήτων ενίσχυσης του εκτυπωτή:
- Καταστολή κραδασμών: οι στιβαροί σερβοκινητήρες διαθέτουν φίλτρα καταστολής κραδασμών, καθώς και φίλτρα κατά του συντονισμού και εγκοπών, αποδίδοντας εξαιρετικά ομαλή κίνηση που μπορεί να εξαλείψει τις οπτικά δυσάρεστες κλιμακωτές γραμμές που προκαλούνται από τον κυματισμό της ροπής του βηματικού κινητήρα.
- Βελτίωση ταχύτητας: η ταχύτητα εκτύπωσης 350 mm/sec είναι πλέον πραγματικότητα, υπερδιπλασιάζοντας τη μέση ταχύτητα εκτύπωσης ενός τρισδιάστατου εκτυπωτή που χρησιμοποιεί βηματικό κινητήρα. Ομοίως, ταχύτητα ταξιδιού έως και 1.500 mm/sec μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας περιστροφική ή έως 5 μέτρα/sec χρησιμοποιώντας γραμμική τεχνολογία σερβομηχανισμού. Η εξαιρετικά γρήγορη ικανότητα επιτάχυνσης που παρέχεται μέσω των σερβομηχανισμών υψηλής απόδοσης επιτρέπει στις κεφαλές εκτύπωσης 3D να μετακινούνται πιο γρήγορα στις σωστές τους θέσεις. Αυτό βοηθάει πολύ στην ανακούφιση της ανάγκης επιβράδυνσης ενός ολόκληρου συστήματος για να επιτευχθεί η επιθυμητή ποιότητα φινιρίσματος. Στη συνέχεια, αυτή η αναβάθμιση στον έλεγχο κίνησης σημαίνει επίσης ότι οι τελικοί χρήστες μπορούν να κατασκευάζουν περισσότερα εξαρτήματα ανά ώρα χωρίς να θυσιάζουν την ποιότητα.
- Αυτόματος συντονισμός: τα συστήματα σερβομηχανισμού μπορούν να εκτελέσουν ανεξάρτητα τον δικό τους προσαρμοσμένο συντονισμό, γεγονός που καθιστά δυνατή την προσαρμογή σε αλλαγές στη μηχανική ενός εκτυπωτή ή σε αποκλίσεις σε μια διαδικασία εκτύπωσης. Οι τρισδιάστατοι βηματικοί κινητήρες δεν χρησιμοποιούν ανάδραση θέσης, καθιστώντας σχεδόν αδύνατη την αντιστάθμιση των αλλαγών στις διαδικασίες ή των αποκλίσεων στη μηχανική.
- Ανατροφοδότηση κωδικοποιητή: ισχυρά συστήματα σερβομηχανισμού που προσφέρουν απόλυτη ανατροφοδότηση κωδικοποιητή χρειάζεται να εκτελέσουν μια ρουτίνα επιστροφής μόνο μία φορά, με αποτέλεσμα μεγαλύτερη εξοικονόμηση χρόνου λειτουργίας και κόστους. Οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές που χρησιμοποιούν τεχνολογία stepper motor στερούνται αυτής της δυνατότητας και πρέπει να τοποθετούνται στο σπίτι κάθε φορά που τροφοδοτούνται.
- Ανίχνευση ανάδρασης: ένας εξωθητής ενός τρισδιάστατου εκτυπωτή μπορεί συχνά να αποτελεί εμπόδιο στη διαδικασία εκτύπωσης και ένας βηματικός κινητήρας δεν έχει την ικανότητα ανίχνευσης ανάδρασης να ανιχνεύει εμπλοκή εξωθητήρα - ένα έλλειμμα που μπορεί να οδηγήσει στην καταστροφή ολόκληρης εργασίας εκτύπωσης. Έχοντας αυτό κατά νου, τα συστήματα σερβομηχανισμού μπορούν να ανιχνεύσουν εφεδρικά αντίγραφα του εξωθητή και να αποτρέψουν την απογύμνωση του νήματος. Το κλειδί για ανώτερη απόδοση εκτύπωσης είναι η ύπαρξη ενός συστήματος κλειστού βρόχου που επικεντρώνεται γύρω από έναν οπτικό κωδικοποιητή υψηλής ανάλυσης. Οι σερβοκινητήρες με κωδικοποιητή απόλυτης υψηλής ανάλυσης 24 bit μπορούν να παρέχουν 16.777.216 bit ανάλυση ανάδρασης κλειστού βρόχου για μεγαλύτερη ακρίβεια άξονα και εξωθητήρα, καθώς και προστασία συγχρονισμού και εμπλοκής.
- Ρομπότ υψηλής απόδοσης:Ακριβώς όπως οι ισχυροί σερβοκινητήρες μεταμορφώνουν τις πρόσθετες εφαρμογές, το ίδιο συμβαίνει και με τα ρομπότ. Η εξαιρετική τους απόδοση διαδρομής, η άκαμπτη μηχανική δομή και οι βαθμολογίες υψηλής προστασίας από τη σκόνη (IP) — σε συνδυασμό με τον προηγμένο αντικραδασμικό έλεγχο και την ικανότητα πολλαπλών αξόνων — καθιστούν τα εξαιρετικά ευέλικτα ρομπότ έξι αξόνων ιδανική επιλογή για τις απαιτητικές διαδικασίες που περιβάλλουν τη χρήση του 3D εκτυπωτές, καθώς και βασικές ενέργειες για την αφαιρετική κατασκευή και τις υβριδικές προσθετικές/αφαιρετικές μεθόδους.
Ο ρομποτικός αυτοματισμός δωρεάν για τις μηχανές τρισδιάστατης εκτύπωσης συνεπάγεται ευρέως το χειρισμό τυπωμένων εξαρτημάτων σε εγκαταστάσεις πολλαπλών μηχανών. Από την εκφόρτωση μεμονωμένων εξαρτημάτων από τη μηχανή εκτύπωσης έως το διαχωρισμό εξαρτημάτων μετά από έναν κύκλο εκτύπωσης πολλών τμημάτων, τα εξαιρετικά ευέλικτα και αποτελεσματικά ρομπότ βελτιστοποιούν τις λειτουργίες για μεγαλύτερη απόδοση και κέρδη παραγωγικότητας.
Με την παραδοσιακή τρισδιάστατη εκτύπωση, τα ρομπότ βοηθούν στη διαχείριση της σκόνης, στην αναπλήρωση της σκόνης του εκτυπωτή όταν χρειάζεται και στην αφαίρεση της σκόνης από τα τελικά εξαρτήματα. Ομοίως, άλλες εργασίες φινιρίσματος εξαρτημάτων δημοφιλείς στην κατασκευή μετάλλων, όπως λείανση, στίλβωση, αφαίρεση γρεζιών ή κοπή επιτυγχάνονται εύκολα. Η ποιοτική επιθεώρηση, καθώς και οι ανάγκες συσκευασίας και εφοδιαστικής καλύπτονται επίσης κατά μέτωπο με τη ρομποτική τεχνολογία, επιτρέποντας στους κατασκευαστές να εστιάσουν το χρόνο τους σε εργασίες υψηλότερης προστιθέμενης αξίας, όπως η προσαρμοσμένη κατασκευή.
Για μεγαλύτερα τεμάχια εργασίας, βιομηχανικά ρομπότ μεγάλης εμβέλειας χρησιμοποιούνται για να μετακινούν απευθείας μια κεφαλή εξώθησης 3D εκτυπωτή. Αυτό, σε συνδυασμό με περιφερειακά εργαλεία όπως περιστρεφόμενες βάσεις, ρυθμιστές θέσης, γραμμικές ράγες, γερανοί και άλλα, παρέχουν τον χώρο εργασίας που απαιτείται για τη δημιουργία χωρικών δομών ελεύθερης μορφής. Εκτός από την κλασική ταχεία δημιουργία πρωτοτύπων, τα ρομπότ χρησιμοποιούνται για την κατασκευή εξαρτημάτων ελεύθερης μορφής μεγάλου όγκου, μορφών καλουπιών, κατασκευών ζευκτών σε σχήμα 3D και υβριδικών εξαρτημάτων μεγάλου μεγέθους. - Ελεγκτές μηχανών πολλαπλών αξόνων:Η καινοτόμος τεχνολογία για τη σύνδεση έως και 62 αξόνων κίνησης σε ένα ενιαίο περιβάλλον καθιστά πλέον δυνατό τον πολυσυγχρονισμό μιας ευρείας σειράς βιομηχανικών ρομπότ, σερβο συστημάτων και μεταβλητής συχνότητας που χρησιμοποιούνται στις προσθετικές, αφαιρετικές και υβριδικές διαδικασίες. Μια ολόκληρη οικογένεια συσκευών μπορεί τώρα να συνεργαστεί απρόσκοπτα υπό τον πλήρη έλεγχο και παρακολούθηση ενός PLC (Programmable Logic Controller) ή ενός ελεγκτή μηχανής IEC, όπως το MP3300iec. Συχνά προγραμματισμένες με ένα δυναμικό πακέτο λογισμικού 61131 IEC, όπως το MotionWorks IEC, επαγγελματικές πλατφόρμες όπως αυτή χρησιμοποιούν γνωστά εργαλεία (π.χ. RepRap G-codes, Function Block Diagram, Structured Text, Ladder Diagram, κ.λπ.). Για τη διευκόλυνση της εύκολης ενσωμάτωσης και τη βελτιστοποίηση του χρόνου λειτουργίας του μηχανήματος, περιλαμβάνονται έτοιμα εργαλεία όπως αντιστάθμιση ισοπέδωσης κλίνης, έλεγχος προώθησης πίεσης εξωθητήρα, έλεγχος πολλαπλών αξόνων και εξωθητήρα.
- Προηγμένες διεπαφές χρήστη κατασκευής:Ιδιαίτερα ωφέλιμα για εφαρμογές στην τρισδιάστατη εκτύπωση, την κοπή σχήματος, τις εργαλειομηχανές και τη ρομποτική, τα διάφορα πακέτα λογισμικού μπορούν να προσφέρουν γρήγορα μια εύκολη στην προσαρμογή γραφική διεπαφή μηχανής, παρέχοντας μια διαδρομή για μεγαλύτερη ευελιξία. Σχεδιασμένες με γνώμονα τη δημιουργικότητα και τη βελτιστοποίηση, οι έξυπνες πλατφόρμες, όπως το Yaskawa Compass, επιτρέπουν στους κατασκευαστές να κάνουν επωνυμία και να προσαρμόζουν εύκολα τις οθόνες. Από τη συμπερίληψη βασικών χαρακτηριστικών μηχανών έως την ικανοποίηση των αναγκών των πελατών, απαιτείται ελάχιστος προγραμματισμός — καθώς αυτά τα εργαλεία παρέχουν μια εκτενή βιβλιοθήκη προκατασκευασμένων προσθηκών C# ή επιτρέπουν την εισαγωγή προσαρμοσμένων προσθηκών.
ΑΝΕΣΩ ΠΑΝΩ
Ενώ οι διαδικασίες μεμονωμένων προσθετικών και αφαιρετικών παραμένουν δημοφιλείς, μια μεγαλύτερη μετατόπιση προς την υβριδική μέθοδο πρόσθετου/αφαιρετικού θα συμβεί κατά τα επόμενα χρόνια. Αναμένεται να αναπτυχθεί με σύνθετο ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης (CAGR) 14,8 τοις εκατό έως το 20271, η αγορά μηχανημάτων κατασκευής υβριδικών πρόσθετων είναι έτοιμη να ανταποκριθεί στην άνοδο στις εξελισσόμενες απαιτήσεις των πελατών. Για να ξεπεράσουν τον ανταγωνισμό, οι κατασκευαστές θα πρέπει να σταθμίσουν τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της υβριδικής μεθόδου για τις λειτουργίες τους. Με τη δυνατότητα παραγωγής ανταλλακτικών όπως απαιτείται, με σημαντική μείωση του αποτυπώματος άνθρακα, η υβριδική διαδικασία πρόσθετου/αφαιρετικού προσφέρει μερικά ελκυστικά οφέλη. Ανεξάρτητα, οι προηγμένες τεχνολογίες για αυτές τις διεργασίες δεν θα πρέπει να παραβλεφθούν και θα πρέπει να εφαρμοστούν στους ορόφους των καταστημάτων για να διευκολυνθεί μεγαλύτερη παραγωγικότητα και ποιότητα προϊόντων.
Ώρα ανάρτησης: 13 Αυγούστου 2021
