Servo motorji in roboti spreminjajo aditivne aplikacije. Spoznajte najnovejše nasvete in aplikacije pri uvajanju robotske avtomatizacije in naprednega krmiljenja gibanja za aditivno in subtraktivno proizvodnjo ter kaj sledi: razmislite o hibridnih aditivno/subtraktivnih metodah.
NAPREDOVANJE AVTOMATIZACIJE
Avtorici Sarah Mellish in RoseMary Burns
Uporaba naprav za pretvorbo energije, tehnologije za nadzor gibanja, izjemno prilagodljivih robotov in eklektične mešanice drugih naprednih tehnologij so gonilni dejavniki za hitro rast novih proizvodnih procesov v industrijski krajini. Aditivna in subtraktivna proizvodnja, ki revolucionirata način izdelave prototipov, delov in izdelkov, sta dva glavna primera, ki zagotavljata učinkovitost in prihranke stroškov, ki jih proizvajalci želijo ohraniti konkurenčnost.
Aditivna proizvodnja (AM), imenovana 3D-tiskanje, je netradicionalna metoda, ki običajno uporablja digitalne podatke o oblikovanju za ustvarjanje trdnih tridimenzionalnih predmetov z zlivanjem materialov plast za plastjo od spodaj navzgor. Pogosto izdeluje dele skoraj neto oblike (NNS) brez odpadkov, uporaba AM za osnovne in kompleksne zasnove izdelkov pa še naprej prežema panoge, kot so avtomobilska, letalska, energetska, medicina, transport in potrošniški izdelki. Nasprotno pa subtraktivni postopek vključuje odstranjevanje delov iz bloka materiala z visoko preciznim rezanjem ali strojno obdelavo, da se ustvari 3D-izdelek.
Kljub ključnim razlikam se aditivni in subtraktivni procesi ne izključujejo vedno – saj se lahko uporabljajo za dopolnjevanje različnih faz razvoja izdelka. Z aditivnim procesom se pogosto ustvari zgodnji konceptualni model ali prototip. Ko je izdelek dokončan, so lahko potrebne večje serije, kar odpira vrata subtraktivni proizvodnji. V zadnjem času, kjer je čas bistvenega pomena, se uporabljajo hibridne aditivno-subtraktivne metode za stvari, kot so popravilo poškodovanih/obrabljenih delov ali ustvarjanje kakovostnih delov s krajšim časom dobave.
AVTOMATIZIRAJ POSREDOVANJE
Da bi izpolnili stroge zahteve strank, proizvajalci v svoje dele integrirajo vrsto žičnih materialov, kot so nerjaveče jeklo, nikelj, kobalt, krom, titan, aluminij in druge različne kovine, začenši z mehko, a močno podlago in končajo s trdo, proti obrabi odporno komponento. To je deloma razkrilo potrebo po visokozmogljivih rešitvah za večjo produktivnost in kakovost v aditivnih in subtraktivnih proizvodnih okoljih, zlasti pri procesih, kot so aditivna proizvodnja z žičnim oblokom (WAAM), subtraktivna WAAM, subtraktivna laserska obloga ali dekoracija. Med najpomembnejše spadajo:
- Napredna servo tehnologija:Da bi bolje izpolnili cilje glede časa do trženja in specifikacije strank glede oblikovanja, kar zadeva dimenzijsko natančnost in kakovost končne obdelave, se končni uporabniki obračajo na napredne 3D-tiskalnike s servo sistemi (namesto koračnih motorjev) za optimalen nadzor gibanja. Prednosti servo motorjev, kot je Yaskawin Sigma-7, postavljajo aditivni postopek na glavo in pomagajo izdelovalcem premagati pogoste težave z zmogljivostmi izboljšanja tiskalnika:
- Dušenje vibracij: robustni servo motorji se ponašajo s filtri za dušenje vibracij, pa tudi s filtri proti resonanci in zareznimi filtri, kar zagotavlja izjemno gladko gibanje in odpravlja vizualno neprijetne stopničaste linije, ki jih povzroča valovanje navora koračnega motorja.
- Izboljšanje hitrosti: hitrost tiskanja 350 mm/s je zdaj realnost, kar je več kot podvojilo povprečno hitrost tiskanja 3D-tiskalnika z uporabo koračnega motorja. Podobno je mogoče doseči hitrost gibanja do 1500 mm/s z rotacijskim ali do 5 metrov/s z uporabo linearne servo tehnologije. Izjemno hitra pospeševalna zmogljivost, ki jo zagotavljajo visokozmogljivi servo motorji, omogoča hitrejše premikanje 3D-tiskalnih glav v pravilne položaje. To močno zmanjša potrebo po upočasnitvi celotnega sistema za doseganje želene kakovosti končne obdelave. Posledično ta nadgradnja nadzora gibanja pomeni tudi, da lahko končni uporabniki izdelajo več delov na uro, ne da bi pri tem žrtvovali kakovost.
- Samodejno uglaševanje: servo sistemi lahko samostojno izvajajo lastno uglaševanje, kar omogoča prilagajanje spremembam v mehaniki tiskalnika ali odstopanjom v procesu tiskanja. 3D koračni motorji ne uporabljajo povratnih informacij o položaju, zato je skoraj nemogoče kompenzirati spremembe v procesih ali odstopanja v mehaniki.
- Povratna informacija enkoderja: robustni servo sistemi, ki ponujajo absolutno povratno informacijo enkoderja, morajo rutino za pomik v začetni položaj izvesti le enkrat, kar ima za posledico daljši čas delovanja in prihranek stroškov. 3D-tiskalniki, ki uporabljajo tehnologijo koračnih motorjev, te funkcije nimajo in jih je treba pomikati v začetni položaj vsakič, ko so vklopljeni.
- Zaznavanje povratne zveze: ekstruder 3D-tiskalnika je pogosto lahko ozko grlo v procesu tiskanja, koračni motor pa nima zmožnosti zaznavanja povratne zveze, da bi zaznal zastoj ekstruderja – pomanjkljivost, ki lahko privede do uničenja celotnega tiskalnega opravila. S tem v mislih lahko servo sistemi zaznajo zastoje ekstruderja in preprečijo odstranjevanje filamentov. Ključ do vrhunske zmogljivosti tiskanja je sistem z zaprto zanko, osredotočen na optični dajalnik visoke ločljivosti. Servo motorji z 24-bitnim absolutnim dajalnikom visoke ločljivosti lahko zagotovijo 16.777.216 bitov ločljivosti povratne zveze z zaprto zanko za večjo natančnost osi in ekstruderja ter sinhronizacijo in zaščito pred zastojem.
- Visokozmogljivi roboti:Tako kot robustni servo motorji spreminjajo aditivne aplikacije, tako spreminjajo tudi roboti. Zaradi odlične zmogljivosti poti, toge mehanske strukture in visoke stopnje zaščite pred prahom (IP) – v kombinaciji z naprednim nadzorom vibracij in večosnimi zmogljivostmi – so zelo fleksibilni šestosni roboti idealna možnost za zahtevne procese, ki spremljajo uporabo 3D-tiskalnikov, pa tudi za ključne dejavnosti pri subtraktivni proizvodnji in hibridnih aditivno-subtraktivnih metodah.
Robotska avtomatizacija, ki dopolnjuje 3D-tiskalnike, v veliki meri vključuje ravnanje z natisnjenimi deli v večstrojnih instalacijah. Od razkladanja posameznih delov iz tiskalnega stroja do ločevanja delov po večdelnem tiskalnem ciklu, zelo prilagodljivi in učinkoviti roboti optimizirajo delovanje za večjo prepustnost in povečanje produktivnosti.
Pri tradicionalnem 3D-tiskanju so roboti v pomoč pri upravljanju s prahom, polnjenju prahu za tiskalnike po potrebi in odstranjevanju prahu iz končnih delov. Podobno je enostavno opraviti tudi druga opravila dodelave delov, ki so priljubljena pri obdelavi kovin, kot so brušenje, poliranje, odstranjevanje robov ali rezanje. Robotska tehnologija neposredno izpolnjuje tudi potrebe po kontroli kakovosti ter pakiranju in logistiki, kar proizvajalcem omogoča, da svoj čas osredotočijo na delo z višjo dodano vrednostjo, kot je izdelava po meri.
Za večje obdelovance se industrijski roboti z dolgim dosegom opremljajo za neposredno premikanje ekstruzijske glave 3D-tiskalnika. To skupaj s perifernimi orodji, kot so vrtljive podlage, pozicioneri, linearne tirnice, portali in drugo, zagotavlja delovni prostor, potreben za ustvarjanje prostorskih prostih struktur. Poleg klasičnega hitrega izdelave prototipov se roboti uporabljajo za izdelavo prostih delov velikih prostornin, kalupov, 3D-oblikovanih rešetkastih konstrukcij in hibridnih delov velikega formata. - Večosni strojni krmilniki:Inovativna tehnologija za povezovanje do 62 osi gibanja v enem samem okolju zdaj omogoča večsinhronizacijo širokega nabora industrijskih robotov, servo sistemov in frekvenčno spremenljivih pogonov, ki se uporabljajo v aditivnih, subtraktivnih in hibridnih procesih. Celotna družina naprav lahko zdaj brezhibno deluje skupaj pod popolnim nadzorom in spremljanjem PLC-ja (programirljivega logičnega krmilnika) ali krmilnika stroja IEC, kot je MP3300iec. Profesionalne platforme, kot je ta, so pogosto programirane z dinamičnim programskim paketom 61131 IEC, kot je MotionWorks IEC, in uporabljajo znana orodja (npr. kode G RepRap, diagram funkcijskih blokov, strukturirano besedilo, lestvični diagram itd.). Za lažjo integracijo in optimizacijo časa delovanja stroja so vključena že pripravljena orodja, kot so kompenzacija nivelacije postelje, nadzor napredovanja tlaka ekstruderja, nadzor več vreten in ekstruderja.
- Napredni uporabniški vmesniki za proizvodnjo:Različni programski paketi, ki so zelo koristni za aplikacije v 3D-tiskanju, rezanju oblik, obdelovalnih strojih in robotiki, lahko hitro zagotovijo enostavno prilagodljiv grafični vmesnik stroja in tako omogočijo pot do večje vsestranskosti. Intuitivne platforme, kot je Yaskawa Compass, so zasnovane z mislijo na ustvarjalnost in optimizacijo ter proizvajalcem omogočajo, da preprosto označijo in prilagodijo zaslone. Od vključitve osnovnih atributov stroja do prilagajanja potrebam strank je potrebno malo programiranja – ta orodja ponujajo obsežno knjižnico vnaprej izdelanih vtičnikov C# ali omogočajo uvoz vtičnikov po meri.
DVIGNI SE NAD
Čeprav ostajata enojni aditivni in subtraktivni postopek priljubljena, se bo v naslednjih nekaj letih zgodil večji premik k hibridni aditivni/subtraktivni metodi. Pričakuje se, da bo do leta 2027 rasla s sestavljeno letno stopnjo rasti (CAGR) 14,8 odstotka.1Trg hibridnih strojev za aditivno proizvodnjo je pripravljen zadostiti naraščajočemu povpraševanju strank. Da bi se proizvajalci dvignili nad konkurenco, bi morali pretehtati prednosti in slabosti hibridne metode za svoje delovanje. Hibridni aditivni/subtraktivni postopek ponuja nekaj privlačnih prednosti, saj omogoča proizvodnjo delov po potrebi in znatno zmanjšanje ogljičnega odtisa. Ne glede na to pa naprednih tehnologij za te procese ne smemo spregledati in jih je treba uvesti v proizvodne obrate, da bi omogočili večjo produktivnost in kakovost izdelkov.
Čas objave: 13. avg. 2021
