Εμπρός σε 3D: Αύξηση πάνω από τις προκλήσεις στην τρισδιάστατη εκτύπωση μετάλλων

Οι σερβοκινητήρες και τα ρομπότ μεταμορφώνουν πρόσθετες εφαρμογές. Μάθετε τις τελευταίες συμβουλές και εφαρμογές κατά την εφαρμογή ρομποτικού αυτοματισμού και προηγμένου ελέγχου κίνησης για πρόσθετες και αφαιρετικές κατασκευές, καθώς και τι ακολουθεί: σκεφτείτε υβριδικές μεθόδους πρόσθετων/αφαιρετικών.1628850930(1)

ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ

Από τη Sarah Mellish και τη RoseMary Burns

Η υιοθέτηση συσκευών μετατροπής ισχύος, τεχνολογίας ελέγχου κίνησης, εξαιρετικά ευέλικτων ρομπότ και ένα εκλεκτικό μείγμα άλλων προηγμένων τεχνολογιών είναι παράγοντες που οδηγούν στην ταχεία ανάπτυξη νέων διαδικασιών κατασκευής στο 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 αποδοτικότητα και την εξοικονόμηση κόστους που επιδιώκουν οι κατασκευαστές να παραμείνουν ανταγωνιστικοί.

Αναφερόμενη ως τρισδιάστατη εκτύπωση, η πρόσθετη κατασκευή (ΑΜ) είναι μια μη παραδοσιακή μέθοδος που χρησιμοποιεί συνήθως ψηφιακά δεδομένα σχεδιασμού για τη δημιουργία συμπαγών τρισδιάστατων αντικειμένων με τη σύντηξη υλικών στρώμα προς στρώμα από κάτω προς τα πάνω. Συχνά κατασκευάζοντας εξαρτήματα σχεδόν καθαρού σχήματος (NNS) χωρίς απόβλητα, η χρήση AM για βασικά και σύνθετα σχέδια προϊόντων συνεχίζει να διαπερνά βιομηχανίες όπως η αυτοκινητοβιομηχανία, η αεροδιαστημική, η ενέργεια, τα ιατρικά, τα μεταφορικά και τα καταναλωτικά προϊόντα. Αντίθετα, η διαδικασία της αφαίρεσης συνεπάγεται την αφαίρεση τμημάτων από ένα μπλοκ υλικού με κοπή ή κατεργασία υψηλής ακρίβειας για τη δημιουργία ενός τρισδιάστατου προϊόντος.

Παρά τις βασικές διαφορές, οι πρόσθετες και αφαιρετικές διαδικασίες δεν είναι πάντα αμοιβαία αποκλειστικές - καθώς μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να επαινέσουν διάφορα στάδια ανάπτυξης του προϊόντος. Ένα πρώιμο μοντέλο ή πρωτότυπο δημιουργείται συχνά από την πρόσθετη διαδικασία. Μόλις οριστικοποιηθεί αυτό το προϊόν, μπορεί να απαιτηθούν μεγαλύτερες παρτίδες, ανοίγοντας την πόρτα στην αφαιρετική παραγωγή. Πιο πρόσφατα, όπου ο χρόνος είναι ουσιαστικής σημασίας, εφαρμόζονται υβριδικές πρόσθετες/αφαιρετικές μέθοδοι για πράγματα όπως η επισκευή κατεστραμμένων/φθαρμένων εξαρτημάτων ή η δημιουργία ποιοτικών εξαρτημάτων με μικρότερο χρόνο παράδοσης.

ΑΥΤΟΜΑΤΟΣ ΜΠΡΟΣΤΑ

Για την κάλυψη των αυστηρών απαιτήσεων των πελατών, οι κατασκευαστές ενσωματώνουν μια σειρά από σύρματα όπως ανοξείδωτο ατσάλι, νικέλιο, κοβάλτιο, χρώμιο, τιτάνιο, αλουμίνιο και άλλα ανόμοια μέταλλα στην κατασκευαστική τους κατασκευή, ξεκινώντας από ένα μαλακό αλλά ισχυρό υπόστρωμα και τελειώνοντας με μια σκληρή φθορά. -ανθεκτικό συστατικό. Εν μέρει, αυτό αποκάλυψε την ανάγκη για λύσεις υψηλών επιδόσεων για μεγαλύτερη παραγωγικότητα και ποιότητα τόσο σε περιβάλλοντα προσθετικής όσο και σε αφαιρετικής κατασκευής, ειδικά όταν πρόκειται για διαδικασίες όπως η κατασκευή πρόσθετων συρμάτων τόξου (WAAM), WAAM-αφαιρετική, επένδυση λέιζερ-αφαιρετική ή 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 των διαστάσεων και την ποιότητα φινιρίσματος, οι τελικοί χρήστες στρέφονται σε προηγμένους τρισδιάστατους εκτυπωτές με servo συστήματα (πάνω από βηματικούς κινητήρες) για βέλτιστο έλεγχο κίνησης. Τα οφέλη των σερβοκινητήρων, όπως το Sigma-7 του Yaskawa, ανατρέπουν την πρόσθετη διαδικασία, βοηθώντας τους κατασκευαστές να ξεπεράσουν κοινά προβλήματα μέσω των δυνατοτήτων ενίσχυσης του εκτυπωτή:
    • Καταστολή κραδασμών: οι ισχυροί σερβοκινητήρες διαθέτουν φίλτρα καταστολής κραδασμών, καθώς και φίλτρα αντι-συντονισμού και εγκοπών, παρέχοντας εξαιρετικά ομαλή κίνηση που μπορεί να εξαλείψει τις οπτικά δυσάρεστες κλιμακωτές γραμμές που προκαλούνται από τον κυματισμό ροπής του βηματικού κινητήρα.
    • Βελτίωση ταχύτητας: η ταχύτητα εκτύπωσης 350 mm/sec είναι πλέον πραγματικότητα, υπερδιπλασιάζοντας τη μέση ταχύτητα εκτύπωσης ενός τρισδιάστατου εκτυπωτή χρησιμοποιώντας βηματικό μοτέρ. Ομοίως, μπορεί να επιτευχθεί ταχύτητα διαδρομής έως 1.500 mm/sec χρησιμοποιώντας περιστροφική ή έως 5 μέτρα/sec χρησιμοποιώντας γραμμική σερβο τεχνολογία. Η εξαιρετικά γρήγορη δυνατότητα επιτάχυνσης που παρέχεται μέσω σερβο υψηλής απόδοσης επιτρέπει στις κεφαλές τρισδιάστατης εκτύπωσης να μετακινούνται πιο γρήγορα στις σωστές θέσεις τους. Αυτό συμβάλλει σημαντικά στην ανακούφιση της ανάγκης επιβράδυνσης ολόκληρου του συστήματος για να επιτευχθεί η επιθυμητή ποιότητα φινιρίσματος. Στη συνέχεια, αυτή η αναβάθμιση στον έλεγχο κίνησης σημαίνει επίσης ότι οι τελικοί χρήστες μπορούν να κατασκευάσουν περισσότερα μέρη 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 στις αλλαγές στη μηχανική ενός εκτυπωτή ή τις αποκλίσεις σε μια διαδικασία εκτύπωσης. Οι τρισδιάστατοι βηματικοί κινητήρες δεν χρησιμοποιούν ανατροφοδότηση θέσης, καθιστώντας σχεδόν αδύνατη την αντιστάθμιση των αλλαγών στις διαδικασίες ή των αποκλίσεων στη μηχανική.
    • Ανατροφοδότηση κωδικοποιητή: Τα ισχυρά σερβοσυστήματα που προσφέρουν απόλυτη ανατροφοδότηση κωδικοποιητή χρειάζεται μόνο να εκτελέσουν μια ρουτίνα στο σπίτι μόνο μία φορά, με αποτέλεσμα μεγαλύτερη εξοικονόμηση χρόνου και κόστους. Οι τρισδιάστατοι εκτυπωτές που χρησιμοποιούν τεχνολογία stepper motor στερούνται αυτής της δυνατότητας και πρέπει να τοποθετούνται κάθε φορά που ενεργοποιούνται.
    • Ανίχνευση ανατροφοδότησης: ένας εξωθητής ενός τρισδιάστατου εκτυπωτή μπορεί συχνά να αποτελέσει εμπόδιο στη διαδικασία εκτύπωσης και ο βηματικός κινητήρας δεν έχει την ικανότητα ανίχνευσης ανατροφοδότησης να εντοπίσει μια εμπλοκή εξωθητή - ένα έλλειμμα που μπορεί να οδηγήσει σε καταστροφή μιας ολόκληρης εργασίας εκτύπωσης. Με αυτό κατά νου, τα σερβο -συστήματα μπορούν να ανιχνεύσουν αντίγραφα ασφαλείας εξωθητή και να αποτρέψουν την απογύμνωση νήματος. Το κλειδί για την ανώτερη απόδοση εκτύπωσης είναι η ύπαρξη ενός συστήματος κλειστού βρόχου που επικεντρώνεται γύρω από έναν οπτικό κωδικοποιητή υψηλής ανάλυσης. Οι σερβοκινητήρες με έναν κωδικοποιητή απόλυτης υψηλής ανάλυσης 24 bit μπορούν να παρέχουν 16,777,216 bit ανάλυσης κλειστού βρόχου για μεγαλύτερη ακρίβεια αξόνων και εξωθητών, καθώς και συγχρονισμό και προστασία εμπλοκής.
  • Ρομπότ υψηλής απόδοσης: Όπως οι ισχυροί σερβοκινητήρες μεταμορφώνουν τις πρόσθετες εφαρμογές, έτσι και τα ρομπότ. Η εξαιρετική απόδοση διαδρομής, η άκαμπτη μηχανική δομή και οι υψηλές βαθμολογίες προστασίας από τη σκόνη (IP)-σε συνδυασμό με τον προηγμένο αντικραδασμικό έλεγχο και την ικανότητα πολλαπλών αξόνων-καθιστούν τα εξαιρετικά εύκαμπτα ρομπότ έξι αξόνων μια ιδανική επιλογή για τις απαιτητικές διαδικασίες που περιβάλλουν τη χρήση του 3D εκτυπωτές, καθώς και βασικές ενέργειες για τις αφαιρετικές μεθόδους παραγωγής και υβριδικών πρόσθετων/αφαιρετικών.
    Ο ρομποτικός αυτοματισμός δωρεάν για μηχανές τρισδιάστατης εκτύπωσης συνεπάγεται ευρέως το χειρισμό τυπωμένων εξαρτημάτων σε εγκαταστάσεις πολλαπλών μηχανών. Από την εκφόρτωση μεμονωμένων εξαρτημάτων από τη μηχανή εκτύπωσης, έως τον διαχωρισμό τμημάτων μετά από έναν κύκλο εκτύπωσης πολλών τμημάτων, τα εξαιρετικά ευέλικτα και αποδοτικά ρομπότ βελτιστοποιούν τις λειτουργίες για μεγαλύτερη απόδοση και παραγωγικότητα.
    Με την παραδοσιακή τρισδιάστατη εκτύπωση, τα ρομπότ βοηθούν στη διαχείριση σκόνης, ξαναγεμίζουν τη σκόνη του εκτυπωτή όταν χρειάζεται και αφαιρούν τη σκόνη από τα τελικά μέρη. Ομοίως, επιτυγχάνονται εύκολα άλλες εργασίες φινιρίσματος που είναι δημοφιλείς με την κατασκευή μετάλλων όπως λείανση, γυάλισμα, ξεφούσκωμα ή κοπή. Η ποιοτική επιθεώρηση, καθώς και οι ανάγκες συσκευασίας και εφοδιαστικής καλύπτονται επίσης κατά μέτωπο με τη ρομποτική τεχνολογία, επιτρέποντας στους κατασκευαστές να επικεντρώσουν το χρόνο τους σε εργασίες υψηλότερης προστιθέμενης αξίας, όπως η προσαρμοσμένη κατασκευή.
    Για μεγαλύτερα τεμάχια εργασίας, βιομηχανικά ρομπότ μεγάλης εμβέλειας χρησιμοποιούνται για να μετακινήσουν απευθείας μια κεφαλή εξώθησης 3D εκτυπωτή. Αυτό, σε συνδυασμό με περιφερειακά εργαλεία, όπως περιστρεφόμενες βάσεις, τοποθετητές, γραμμικά ίχνη, γάντια και άλλα, παρέχουν τον απαιτούμενο χώρο εργασίας για τη δημιουργία χωρικών δομών ελεύθερης μορφής. Εκτός από την κλασική ταχεία πρωτοτυπία, τα ρομπότ χρησιμοποιούνται για την κατασκευή εξαρτημάτων ελεύθερης μορφής μεγάλου όγκου, μορφών καλουπιού, κατασκευών ζευκτόν σε σχήμα 3D και υβριδικών εξαρτημάτων μεγάλου σχήματος.
  • Ελεγκτές μηχανών πολλαπλών αξόνων: Η καινοτόμος τεχνολογία για τη σύνδεση έως και 62 αξόνων κίνησης σε ένα ενιαίο περιβάλλον καθιστά τώρα δυνατό τον πολυσυγχρονισμό μιας ευρείας γκάμας βιομηχανικών ρομπότ, σερβοσυστημάτων και μεταβλητών συχνοτήτων που χρησιμοποιούνται στις πρόσθετες, αφαιρετικές και υβριδικές διαδικασίες. Μια ολόκληρη οικογένεια συσκευών μπορεί πλέον να λειτουργεί άψογα μαζί υπό τον πλήρη έλεγχο και παρακολούθηση ενός PLC (προγραμματιζόμενος λογικός ελεγκτής) ή ελεγκτή μηχανών IEC, όπως το MP3300iec. Συχνά προγραμματίζεται με ένα δυναμικό πακέτο λογισμικού 61131 IEC, όπως το MotionWorks IEC, επαγγελματικές πλατφόρμες όπως αυτή χρησιμοποιούν οικεία εργαλεία (δηλαδή, 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 η αντιστάθμιση ισοστάθμισης κρεβατιού, ο έλεγχος προώθησης πίεσης εξωθητή, ο έλεγχος πολλαπλών ατράκτων και εξωθητή.
  • Διεπαφές χρήστη προηγμένης κατασκευής: Ιδιαίτερα επωφελής για εφαρμογές σε τρισδιάστατη εκτύπωση, κοπή σχήματος, εργαλειομηχανή και ρομποτική, διάφορα πακέτα λογισμικού μπορούν να προσφέρουν γρήγορα μια εύχρηστη γραφική διεπαφή μηχανής, παρέχοντας μια διαδρομή για μεγαλύτερη ευελιξία. Σχεδιασμένες με γνώμονα τη δημιουργικότητα και τη βελτιστοποίηση, οι διαισθητικές πλατφόρμες, όπως η Yaskawa Compass, επιτρέπουν στους κατασκευαστές να μαρκάρουν και να προσαρμόζουν εύκολα τις οθόνες. Από τη συμπερίληψη των βασικών χαρακτηριστικών του μηχανήματος 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.

ΑΝΑΔΥΟΜΑΙ

Ενώ οι μεμονωμένες πρόσθετες και αφαιρετικές διαδικασίες παραμένουν δημοφιλείς, μια μεγαλύτερη στροφή προς τη μέθοδο της υβριδικής πρόσθετης/αφαιρετικής θα συμβεί τα επόμενα χρόνια. Αναμένεται να αυξηθεί με σύνθετο ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης (CAGR) 14,8 % έως το 20271, η αγορά μηχανημάτων υβριδικών πρόσθετων μηχανημάτων κατασκευής είναι έτοιμη να καλύψει την ανοδική πορεία 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 τη λειτουργία τους. Με τη δυνατότητα παραγωγής εξαρτημάτων όπως απαιτείται, σε σημαντική μείωση του αποτυπώματος άνθρακα, η υβριδική πρόσθετη/αφαιρετική διαδικασία προσφέρει μερικά ελκυστικά οφέλη. Ανεξάρτητα από αυτό, οι προηγμένες τεχνολογίες για αυτές τις διαδικασίες δεν πρέπει να αγνοηθούν και πρέπει να εφαρμοστούν σε καταστήματα για να διευκολυνθεί η μεγαλύτερη παραγωγικότητα και η ποιότητα των προϊόντων.


Timeρα δημοσίευσης: 13-20 Αυγούστου