Οι σερβοκινητήρες και τα ρομπότ μετασχηματίζουν τις εφαρμογές πρόσθετων στοιχείων. Μάθετε τις πιο πρόσφατες συμβουλές και εφαρμογές κατά την εφαρμογή ρομποτικού αυτοματισμού και προηγμένου ελέγχου κίνησης για προσθετική και αφαιρετική κατασκευή, καθώς και τι ακολουθεί: σκεφτείτε υβριδικές μεθόδους πρόσθετων/αφαιρετικών στοιχείων.
ΠΡΟΩΘΩΝΤΑΣ ΤΟΝ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟ
Από τη Σάρα Μέλις και τη ΡόουζΜέρι Μπερνς
Η υιοθέτηση συσκευών μετατροπής ισχύος, τεχνολογίας ελέγχου κίνησης, εξαιρετικά ευέλικτων ρομπότ και ενός εκλεκτικού μείγματος άλλων προηγμένων τεχνολογιών αποτελούν κινητήριους παράγοντες για την ταχεία ανάπτυξη νέων διαδικασιών κατασκευής σε ολόκληρο το βιομηχανικό τοπίο. Φέρνοντας επανάσταση στον τρόπο κατασκευής πρωτοτύπων, εξαρτημάτων και προϊόντων, η προσθετική και η αφαιρετική κατασκευή είναι δύο χαρακτηριστικά παραδείγματα που έχουν προσφέρει την αποτελεσματικότητα και την εξοικονόμηση κόστους που επιδιώκουν οι κατασκευαστές για να παραμείνουν ανταγωνιστικοί.
Αναφερόμενη ως τρισδιάστατη εκτύπωση, η προσθετική κατασκευή (AM) είναι μια μη παραδοσιακή μέθοδος που συνήθως χρησιμοποιεί ψηφιακά δεδομένα σχεδιασμού για τη δημιουργία συμπαγών τρισδιάστατων αντικειμένων συντήκοντας υλικά στρώμα-στρώση από κάτω προς τα πάνω. Συχνά κατασκευάζοντας εξαρτήματα σχεδόν σε σχήμα δικτύου (NNS) χωρίς απόβλητα, η χρήση της AM τόσο για βασικά όσο και για σύνθετα σχέδια προϊόντων συνεχίζει να διαπερνά βιομηχανίες όπως η αυτοκινητοβιομηχανία, η αεροδιαστημική, η ενέργεια, η ιατρική, οι μεταφορές και τα καταναλωτικά προϊόντα. Αντίθετα, η αφαιρετική διαδικασία περιλαμβάνει την αφαίρεση τμημάτων από ένα μπλοκ υλικού με κοπή ή μηχανική κατεργασία υψηλής ακρίβειας για τη δημιουργία ενός τρισδιάστατου προϊόντος.
Παρά τις βασικές διαφορές, οι προσθετικές και οι αφαιρετικές διαδικασίες δεν είναι πάντα αμοιβαία αποκλειόμενες — καθώς μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να συμπληρώσουν διάφορα στάδια ανάπτυξης προϊόντων. Ένα πρώιμο μοντέλο ιδέας ή πρωτότυπο δημιουργείται συχνά με την προσθετική διαδικασία. Μόλις ολοκληρωθεί αυτό το προϊόν, ενδέχεται να απαιτηθούν μεγαλύτερες παρτίδες, ανοίγοντας την πόρτα στην αφαιρετική κατασκευή. Πιο πρόσφατα, όπου ο χρόνος είναι κρίσιμος, εφαρμόζονται υβριδικές προσθετικές/αφαιρετικές μέθοδοι για πράγματα όπως η επισκευή κατεστραμμένων/φθαρμένων εξαρτημάτων ή η δημιουργία ποιοτικών εξαρτημάτων με μικρότερο χρόνο παράδοσης.
ΑΥΤΟΜΑΤΟΠΟΙΗΣΗ ΠΡΟΩΘΗΣΗΣ
Για να ανταποκριθούν στις αυστηρές απαιτήσεις των πελατών, οι κατασκευαστές ενσωματώνουν μια σειρά από υλικά σύρματος όπως ανοξείδωτο χάλυβα, νικέλιο, κοβάλτιο, χρώμιο, τιτάνιο, αλουμίνιο και άλλα ανόμοια μέταλλα στην κατασκευή των εξαρτημάτων τους, ξεκινώντας με ένα μαλακό αλλά ανθεκτικό υπόστρωμα και τελειώνοντας με ένα σκληρό, ανθεκτικό στη φθορά εξάρτημα. Εν μέρει, αυτό έχει αποκαλύψει την ανάγκη για λύσεις υψηλής απόδοσης για μεγαλύτερη παραγωγικότητα και ποιότητα τόσο σε προσθετικά όσο και σε αφαιρετικά περιβάλλοντα κατασκευής, ειδικά σε διαδικασίες όπως η προσθετική κατασκευή τόξου σύρματος (WAAM), η αφαιρετική κατασκευή WAAM, η αφαιρετική επένδυση με λέιζερ ή η διακόσμηση. Τα κυριότερα σημεία περιλαμβάνουν:
- Προηγμένη τεχνολογία σερβομηχανισμού:Για την καλύτερη αντιμετώπιση των στόχων χρόνου διάθεσης στην αγορά και των προδιαγραφών σχεδιασμού των πελατών, όσον αφορά την ακρίβεια των διαστάσεων και την ποιότητα φινιρίσματος, οι τελικοί χρήστες στρέφονται σε προηγμένους τρισδιάστατους εκτυπωτές με σερβοσυστήματα (πάνω από βηματικούς κινητήρες) για βέλτιστο έλεγχο της κίνησης. Τα οφέλη των σερβοκινητήρων, όπως ο Sigma-7 της Yaskawa, ανατρέπουν την προσθετική διαδικασία, βοηθώντας τους κατασκευαστές να ξεπεράσουν συνηθισμένα προβλήματα μέσω δυνατοτήτων ενίσχυσης της απόδοσης του εκτυπωτή:
- Καταστολή κραδασμών: Οι ισχυροί σερβοκινητήρες διαθέτουν φίλτρα καταστολής κραδασμών, καθώς και φίλτρα αντισυντονισμού και εγκοπής, αποδίδοντας εξαιρετικά ομαλή κίνηση που μπορεί να εξαλείψει τις οπτικά δυσάρεστες βαθμιδωτές γραμμές που προκαλούνται από την κυμάτωση ροπής του βηματικού κινητήρα.
- Βελτίωση ταχύτητας: η ταχύτητα εκτύπωσης των 350 mm/sec είναι πλέον πραγματικότητα, υπερδιπλασιάζοντας τη μέση ταχύτητα εκτύπωσης ενός τρισδιάστατου εκτυπωτή που χρησιμοποιεί βηματικό κινητήρα. Ομοίως, η ταχύτητα κίνησης έως και 1.500 mm/sec μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας περιστροφικό ή έως 5 μέτρα/sec χρησιμοποιώντας τεχνολογία γραμμικού σερβοκινητήρα. Η εξαιρετικά γρήγορη δυνατότητα επιτάχυνσης που παρέχεται μέσω των σερβοκινητήρων υψηλής απόδοσης επιτρέπει στις κεφαλές τρισδιάστατης εκτύπωσης να μετακινούνται στις σωστές τους θέσεις πιο γρήγορα. Αυτό μειώνει σημαντικά την ανάγκη επιβράδυνσης ολόκληρου του συστήματος για την επίτευξη της επιθυμητής ποιότητας φινιρίσματος. Συνεπώς, 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 σερβοσυστήματα μπορούν να εκτελέσουν ανεξάρτητα τον δικό τους προσαρμοσμένο συντονισμό, γεγονός που καθιστά δυνατή την προσαρμογή σε αλλαγές στους μηχανισμούς ενός εκτυπωτή ή σε διακυμάνσεις σε μια διαδικασία εκτύπωσης. Οι βηματικοί κινητήρες 3D δεν χρησιμοποιούν ανατροφοδότηση θέσης, καθιστώντας σχεδόν αδύνατη την αντιστάθμιση αλλαγών στις διαδικασίες ή αποκλίσεων στους μηχανισμούς.
- Ανάδραση κωδικοποιητή: τα ισχυρά σερβο συστήματα που προσφέρουν απόλυτη ανάδραση κωδικοποιητή χρειάζεται να εκτελέσουν μια ρουτίνα αυτόματης λειτουργίας μόνο μία φορά, με αποτέλεσμα μεγαλύτερο χρόνο λειτουργίας και εξοικονόμηση κόστους. Οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές που χρησιμοποιούν τεχνολογία βηματικού κινητήρα δεν διαθέτουν αυτή τη λειτουργία και πρέπει να ρυθμίζονται αυτόματα κάθε φορά που ενεργοποιούνται.
- Ανίχνευση ανάδρασης: ένας εξωθητήρας ή ένας τρισδιάστατος εκτυπωτής μπορεί συχνά να αποτελέσει εμπόδιο στη διαδικασία εκτύπωσης και ένας βηματικός κινητήρας δεν έχει την ικανότητα ανίχνευσης ανάδρασης για την ανίχνευση εμπλοκής στον εξωθητήρα — ένα έλλειμμα που μπορεί να οδηγήσει στην καταστροφή ολόκληρης της εργασίας εκτύπωσης. Έχοντας αυτό κατά νου, τα σερβοσυστήματα μπορούν να ανιχνεύσουν αντίγραφα ασφαλείας του εξωθητήρα και να αποτρέψουν την απογύμνωση των νημάτων. Το κλειδί για ανώτερη απόδοση εκτύπωσης είναι η ύπαρξη ενός συστήματος κλειστού βρόχου που επικεντρώνεται σε έναν οπτικό κωδικοποιητή υψηλής ανάλυσης. Οι σερβοκινητήρες με έναν απόλυτο κωδικοποιητή υψηλής ανάλυσης 24 bit μπορούν να παρέχουν 16.777.216 bit ανάλυσης ανάδρασης κλειστού βρόχου για μεγαλύτερη ακρίβεια άξονα και εξωθητήρα, καθώς και συγχρονισμό και προστασία από εμπλοκές.
- Ρομπότ υψηλής απόδοσης:Όπως ακριβώς οι ισχυροί σερβοκινητήρες μετασχηματίζουν τις εφαρμογές πρόσθετων υλικών, έτσι και τα ρομπότ. Η εξαιρετική τους απόδοση στην πορεία, η άκαμπτη μηχανική δομή και οι υψηλές βαθμολογίες προστασίας από τη σκόνη (IP) — σε συνδυασμό με τον προηγμένο έλεγχο κατά των κραδασμών και την ικανότητα πολλαπλών αξόνων — καθιστούν τα εξαιρετικά ευέλικτα ρομπότ έξι αξόνων ιδανική επιλογή για τις απαιτητικές διαδικασίες που περιβάλλουν τη χρήση τρισδιάστατων εκτυπωτών, καθώς και για βασικές δράσεις για την αφαιρετική κατασκευή και τις υβριδικές μεθόδους πρόσθετων/αφαιρετικών υλικών.
Ο ρομποτικός αυτοματισμός, συμπληρωματικά των μηχανών τρισδιάστατης εκτύπωσης, περιλαμβάνει σε μεγάλο βαθμό τον χειρισμό εκτυπωμένων εξαρτημάτων σε εγκαταστάσεις πολλαπλών μηχανημάτων. Από την εκφόρτωση μεμονωμένων εξαρτημάτων από την εκτυπωτική μηχανή έως τον διαχωρισμό εξαρτημάτων μετά από έναν κύκλο εκτύπωσης πολλαπλών εξαρτημάτων, τα εξαιρετικά ευέλικτα και αποδοτικά ρομπότ βελτιστοποιούν τις λειτουργίες για μεγαλύτερη απόδοση και αύξηση της παραγωγικότητας.
Με την παραδοσιακή τρισδιάστατη εκτύπωση, τα ρομπότ είναι χρήσιμα 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 που είναι δημοφιλείς στις μεταλλικές κατασκευές, όπως η λείανση, η στίλβωση, η αφαίρεση γρεζιών ή η κοπή, επιτυγχάνονται εύκολα. Ο ποιοτικός έλεγχος, καθώς και οι ανάγκες συσκευασίας και εφοδιαστικής καλύπτονται επίσης άμεσα με τη ρομποτική τεχνολογία, απελευθερώνοντας τους κατασκευαστές ώστε να επικεντρώσουν τον χρόνο τους σε εργασίες υψηλότερης προστιθέμενης αξίας, όπως η κατασκευή κατά παραγγελία.
Για μεγαλύτερα τεμάχια εργασίας, βιομηχανικά ρομπότ μεγάλης εμβέλειας χρησιμοποιούνται για την άμεση κίνηση μιας κεφαλής εξώθησης τρισδιάστατου εκτυπωτή. Αυτό, σε συνδυασμό με περιφερειακά εργαλεία όπως περιστρεφόμενες βάσεις, ρυθμιστές θέσης, γραμμικές τροχιές, ατσάλινες δοκοί και άλλα, παρέχει τον χώρο εργασίας που απαιτείται για τη δημιουργία χωρικών δομών ελεύθερης μορφής. Εκτός από την κλασική ταχεία πρωτοτυποποίηση, τα ρομπότ χρησιμοποιούνται για την κατασκευή μεγάλων όγκων ελεύθερων τεμαχίων, καλουπιών, κατασκευών τρισδιάστατων δοκών και υβριδικών τεμαχίων μεγάλου μεγέθους. - Ελεγκτές μηχανημάτων πολλαπλών αξόνων:Η καινοτόμος τεχνολογία για τη σύνδεση έως και 62 αξόνων κίνησης σε ένα ενιαίο περιβάλλον καθιστά πλέον δυνατό τον πολλαπλό συγχρονισμό μιας ευρείας γκάμας βιομηχανικών ρομπότ, σερβοσυστημάτων και μετατροπέων συχνότητας που χρησιμοποιούνται στις προσθετικές, αφαιρετικές και υβριδικές διαδικασίες. Μια ολόκληρη οικογένεια συσκευών μπορεί πλέον να λειτουργεί άψογα υπό τον πλήρη έλεγχο και παρακολούθηση ενός PLC (Προγραμματιζόμενου Λογικού Ελεγκτή) ή ενός ελεγκτή μηχανής IEC, όπως ο MP3300iec. Συχνά προγραμματισμένες με ένα δυναμικό πακέτο λογισμικού 61131 IEC, όπως το MotionWorks IEC, επαγγελματικές πλατφόρμες όπως αυτή χρησιμοποιούν οικεία εργαλεία (π.χ., κώδικες G RepRap, διάγραμμα μπλοκ λειτουργιών, δομημένο κείμενο, διάγραμμα κλίμακας κ.λπ.). Για να διευκολυνθεί η εύκολη ενσωμάτωση και να βελτιστοποιηθεί ο χρόνος λειτουργίας του μηχανήματος, περιλαμβάνονται έτοιμα εργαλεία όπως η αντιστάθμιση ισοπέδωσης κλίνης, ο έλεγχος προώθησης πίεσης εξωθητήρα, ο έλεγχος πολλαπλών αξόνων και εξωθητήρα.
- Προηγμένες διεπαφές χρήστη για την κατασκευή:Εξαιρετικά ωφέλιμα για εφαρμογές στην τρισδιάστατη εκτύπωση, την κοπή σχημάτων, τις εργαλειομηχανές και τη ρομποτική, τα ποικίλα πακέτα λογισμικού μπορούν να προσφέρουν γρήγορα μια εύκολη στην προσαρμογή γραφική διεπαφή μηχανής, παρέχοντας μια πορεία προς μεγαλύτερη ευελιξία. Σχεδιασμένες με γνώμονα τη δημιουργικότητα και τη βελτιστοποίηση, οι διαισθητικές πλατφόρμες, όπως το Yaskawa Compass, επιτρέπουν στους κατασκευαστές να δημιουργούν επωνυμίες και να προσαρμόζουν εύκολα τις οθόνες. Από την συμπερίληψη βασικών χαρακτηριστικών μηχανής έως την ικανοποίηση των αναγκών των πελατών, απαιτείται λίγος προγραμματισμός — καθώς αυτά τα εργαλεία παρέχουν μια εκτεταμένη βιβλιοθήκη προκατασκευασμένων πρόσθετων C# ή επιτρέπουν την εισαγωγή προσαρμοσμένων πρόσθετων.
ΑΝΕΒΑΣΟΥ ΠΑΝΩ ΑΠΟ
Ενώ οι μεμονωμένες προσθετικές και αφαιρετικές μέθοδοι παραμένουν δημοφιλείς, μια μεγαλύτερη στροφή προς την υβριδική προσθετική/αφαιρετική μέθοδο θα σημειωθεί τα επόμενα χρόνια. Αναμένεται να αναπτυχθεί με σύνθετο ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης (CAGR) 14,8% έως το 2027.1, η αγορά μηχανημάτων κατασκευής υβριδικών προσθέτων είναι έτοιμη να ανταποκριθεί στην αυξανόμενη ζήτηση των πελατών. Για να ξεπεράσουν τον ανταγωνισμό, οι κατασκευαστές θα πρέπει να σταθμίσουν τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της υβριδικής μεθόδου για τις δραστηριότητές τους. Με τη δυνατότητα παραγωγής εξαρτημάτων ανάλογα με τις ανάγκες, με σημαντική μείωση του αποτυπώματος άνθρακα, η υβριδική διαδικασία προσθήκης/αφαίρεσης προσφέρει ορισμένα ελκυστικά οφέλη. Ανεξάρτητα από αυτό, οι προηγμένες τεχνολογίες για αυτές τις διαδικασίες δεν πρέπει να παραβλέπονται και θα πρέπει να εφαρμόζονται στα εργοστάσια για να διευκολύνουν την αύξηση της παραγωγικότητας και της ποιότητας των προϊόντων.
Ώρα δημοσίευσης: 13 Αυγούστου 2021
