Servomotory a roboty přetvářejí aditivní aplikace. Seznamte se s nejnovějšími tipy a aplikacemi při implementaci robotické automatizace a pokročilého řízení pohybu pro aditivní a subtraktivní výrobu a také o tom, co bude dál: myslete na hybridní aditivní/subtraktivní metody.
POKROČILÉ AUTOMATIZACE
Autor: Sarah Mellish a RoseMary Burns
Přijetí zařízení pro konverzi energie, technologie řízení pohybu, extrémně flexibilní roboty a eklektická směs dalších pokročilých technologií jsou hnacími faktory pro rychlý růst nových výrobních procesů v průmyslovém prostředí. Revoluce ve způsobu výroby prototypů, dílů a produktů, aditivní a subtraktivní výroba jsou dva hlavní příklady, které zajistily efektivitu a úsporu nákladů výrobců, kteří chtějí zůstat konkurenceschopní.
Aditivní výroba (AM), označovaná jako 3D tisk, je netradiční metoda, která obvykle využívá digitální designová data k vytváření pevných trojrozměrných objektů tavením materiálů vrstvu po vrstvě zdola nahoru. Používání AM pro základní i komplexní návrhy výrobků, které často vyrábí díly ve tvaru blízké sítě (NNS) bez odpadu, nadále proniká do průmyslových odvětví, jako je automobilový průmysl, letecký průmysl, energetika, lékařství, doprava a spotřební zboží. Naopak, subtraktivní proces znamená odstranění částí z bloku materiálu vysoce přesným řezáním nebo obráběním za účelem vytvoření 3D produktu.
Navzdory zásadním rozdílům se aditivní a subtraktivní procesy nevylučují vždy, protože je lze použít k doplnění různých fází vývoje produktu. Raný koncepční model nebo prototyp se často vytváří aditivním procesem. Jakmile je tento produkt dokončen, mohou být vyžadovány větší šarže, což otevírá dveře subtraktivní výrobě. V poslední době, kde je čas rozhodující, se používají hybridní aditivní/subtraktivní metody pro věci, jako je oprava poškozených/opotřebovaných dílů nebo vytváření kvalitních dílů s kratší dobou realizace.
AUTOMATIZOVAT VPŘED
Aby vyhověli přísným požadavkům zákazníků, výrobci integrují řadu drátěných materiálů, jako je nerezová ocel, nikl, kobalt, chrom, titan, hliník a další odlišné kovy, do konstrukce svých součástí, počínaje měkkým, ale pevným substrátem a končící s tvrdým opotřebením. - odolná součást. Částečně to odhalilo potřebu vysoce výkonných řešení pro vyšší produktivitu a kvalitu v aditivním i subtraktivním výrobním prostředí, zejména tam, kde se jedná o procesy jako drátěná aditivní výroba (WAAM), WAAM-subtraktivní, laserové plátování-subtraktivní nebo dekorace. Mezi hlavní výhody patří:
- Pokročilá servo technologie:Koncoví uživatelé se kvůli optimálnímu řízení pohybu obracejí na pokročilé 3D tiskárny se servosystémy (krokové motory), aby se lépe zabývaly cíli doby uvedení na trh a specifikacemi zákaznických návrhů, pokud jde o rozměrovou přesnost a kvalitu povrchové úpravy. Výhody servomotorů, jako je Yaskawa's Sigma-7, staví proces aditiv na hlavu, což výrobcům pomáhá překonat běžné problémy prostřednictvím možností rozšíření tiskárny:
- Potlačení vibrací: Robustní servomotory se mohou pochlubit filtry pro potlačení vibrací a také antirezonančními a vrubovými filtry, které poskytují extrémně hladký pohyb, který může eliminovat vizuálně nepříjemné stupňovité čáry způsobené zvlněním točivého momentu krokového motoru.
- Vylepšení rychlosti: rychlost tisku 350 mm/s je nyní realitou, což více než zdvojnásobuje průměrnou rychlost tisku 3D tiskárny využívající krokový motor. Podobně lze dosáhnout rychlosti pojezdu až 1500 mm/s pomocí rotační nebo až 5 metrů/s pomocí technologie lineárního serva. Extrémně rychlá akcelerace poskytovaná vysoce výkonnými servy umožňuje rychlejší přesun 3D tiskových hlav do jejich správných pozic. To vede k zmírnění potřeby zpomalit celý systém, aby bylo dosaženo požadované kvality povrchové úpravy. Následně tento upgrade řízení pohybu také znamená, že koncoví uživatelé mohou vyrábět více dílů za hodinu, aniž by museli obětovat kvalitu.
- Automatické ladění: servosystémy mohou nezávisle provádět své vlastní ladění, což umožňuje přizpůsobit se změnám v mechanice tiskárny nebo odchylkám v procesu tisku. 3D krokové motory nevyužívají zpětnou vazbu polohy, takže je téměř nemožné kompenzovat změny v procesech nebo nesrovnalosti v mechanice.
- Zpětná vazba kodéru: Robustní servosystémy, které nabízejí absolutní zpětnou vazbu od kodéru, stačí provést naváděcí rutinu pouze jednou, což vede k větší provozuschopnosti a úsporám nákladů. 3D tiskárny, které využívají technologii krokových motorů, tuto funkci postrádají a musí být doma při každém zapnutí.
- Snímání zpětné vazby: extruder 3D tiskárny může být často úzkým hrdlem v procesu tisku a krokový motor nemá schopnost snímání zpětné vazby pro detekci zaseknutí extrudéru – deficit, který může vést ke zničení celé tiskové úlohy. S ohledem na tuto skutečnost mohou servosystémy detekovat zálohy extruderu a zabránit stahování vlákna. Klíčem k vynikajícímu výkonu tisku je mít systém s uzavřenou smyčkou soustředěný kolem optického kodéru s vysokým rozlišením. Servomotory s 24bitovým absolutním kodérem s vysokým rozlišením mohou poskytnout 16 777 216 bitů zpětné vazby v uzavřené smyčce pro větší přesnost osy a extruderu, stejně jako synchronizaci a ochranu proti zaseknutí.
- Vysoce výkonní roboti:Stejně jako robustní servomotory transformují aditivní aplikace, tak i roboty. Jejich vynikající dráha výkonu, tuhá mechanická struktura a vysoké hodnocení ochrany proti prachu (IP) – v kombinaci s pokročilým antivibračním řízením a schopností více os – dělají z vysoce flexibilních šestiosých robotů ideální volbu pro náročné procesy, které obklopují využití 3D. tiskárny, stejně jako klíčové akce pro subtraktivní výrobu a hybridní aditivní/subtraktivní metody.
Robotická automatizace doplňková k 3D tiskařským strojům široce zahrnuje manipulaci s tištěnými díly v instalacích s více stroji. Od vykládání jednotlivých dílů z tiskového stroje až po oddělování dílů po vícedílném tiskovém cyklu, vysoce flexibilní a efektivní roboti optimalizují operace pro větší propustnost a zvýšení produktivity.
Díky tradičnímu 3D tisku jsou roboti nápomocni při správě prášku, doplňování tiskového prášku v případě potřeby a odstraňování prášku z hotových dílů. Podobně lze snadno splnit další úkoly dokončovací práce oblíbené u kovovýroby, jako je broušení, leštění, odstraňování otřepů nebo řezání. Kontrola kvality, stejně jako potřeby v oblasti balení a logistiky jsou rovněž plněny pomocí robotické technologie, což výrobcům umožňuje soustředit svůj čas na práci s vyšší přidanou hodnotou, jako je zakázková výroba.
Pro větší obrobky se používají průmyslové roboty s dlouhým dosahem, které přímo pohybují vytlačovací hlavou 3D tiskárny. To ve spojení s periferními nástroji, jako jsou rotační základny, polohovadla, lineární dráhy, portály a další, poskytuje pracovní prostor potřebný k vytváření prostorových struktur volného tvaru. Kromě klasického rapid prototypingu se roboty používají pro výrobu velkoobjemových volně tvarovaných dílů, forem, 3D příhradových konstrukcí a velkoformátových hybridních dílů. - Víceosé ovladače stroje:Inovativní technologie pro připojení až 62 os pohybu v jednom prostředí nyní umožňuje multisynchronizaci široké řady průmyslových robotů, servosystémů a pohonů s proměnnou frekvencí používaných v aditivních, subtraktivních a hybridních procesech. Celá rodina zařízení nyní může bezproblémově spolupracovat pod kompletním řízením a monitorováním PLC (Programmable Logic Controller) nebo IEC strojového ovladače, jako je MP3300iec. Profesionální platformy, jako je tato, často programované pomocí dynamického softwarového balíku 61131 IEC, jako je MotionWorks IEC, využívají známé nástroje (tj. G-kódy RepRap, diagram funkčních bloků, strukturovaný text, kontaktní schéma atd.). Pro usnadnění snadné integrace a optimalizace provozuschopnosti stroje jsou zahrnuty hotové nástroje, jako je kompenzace vyrovnávání lože, řízení předstihu extruderu, ovládání více vřeten a extruderu.
- Pokročilá výrobní uživatelská rozhraní:Různorodé softwarové balíčky, které jsou velmi užitečné pro aplikace v oblasti 3D tisku, tvarového řezání, obráběcích strojů a robotiky, mohou rychle poskytnout snadno přizpůsobitelné grafické rozhraní stroje a poskytnout cestu k větší všestrannosti. Intuitivní platformy, jako je Yaskawa Compass, navržené s ohledem na kreativitu a optimalizaci, umožňují výrobcům označovat a snadno přizpůsobovat obrazovky. Od zahrnutí základních atributů stroje až po přizpůsobení se potřebám zákazníků je potřeba jen málo programování – protože tyto nástroje poskytují rozsáhlou knihovnu předpřipravených zásuvných modulů C# nebo umožňují import vlastních zásuvných modulů.
VSTUP NAHOŘE
Zatímco jednoduché aditivní a subtraktivní procesy zůstávají populární, během několika příštích let dojde k většímu posunu směrem k hybridní aditivní/subtraktivní metodě. Očekává se, že do roku 2027 poroste složenou roční mírou růstu (CAGR) 14,8 procenta1je trh strojů na hybridní aditivní výrobu připraven splnit rostoucí požadavky zákazníků. Aby výrobci překonali konkurenci, měli by zvážit výhody a nevýhody hybridní metody pro jejich provoz. Díky schopnosti vyrábět díly podle potřeby a výrazně snížit uhlíkovou stopu nabízí hybridní aditivní/subtraktivní proces některé atraktivní výhody. Bez ohledu na to by pokročilé technologie pro tyto procesy neměly být přehlíženy a měly by být implementovány v dílnách, aby se usnadnila vyšší produktivita a kvalita produktů.
Čas odeslání: 13. srpna 2021
