Servomotory a roboty transformují aditivní aplikace. Seznamte se s nejnovějšími tipy a aplikacemi při implementaci robotické automatizace a pokročilého řízení pohybu pro aditivní a subtraktivní výrobu a také s tím, co bude dál: uvažujte o hybridních aditivní/subtraktivních metodách.
ROZVOJ AUTOMATIZACE
Od Sarah Mellish a RoseMary Burns
Zavádění zařízení pro přeměnu energie, technologie řízení pohybu, extrémně flexibilních robotů a eklektické směsice dalších pokročilých technologií jsou hnacími faktory pro rychlý rozvoj nových výrobních procesů v průmyslové oblasti. Aditivní a subtraktivní výroba, která revolučně mění způsob výroby prototypů, dílů a produktů, jsou dva hlavní příklady toho, jak výrobci dosáhli efektivity a úspor nákladů, jež jim pomáhají udržet si konkurenceschopnost.
Aditivní výroba (AM), označovaná jako 3D tisk, je netradiční metoda, která obvykle využívá digitální návrhová data k vytváření pevných trojrozměrných objektů spojováním materiálů vrstvu po vrstvě odspodu nahoru. Aditivní výroba, která se často používá k výrobě dílů téměř čistého tvaru (NNS) bez odpadu, stále proniká do odvětví, jako je automobilový průmysl, letecký průmysl, energetika, lékařství, doprava a spotřební zboží. Naproti tomu subtraktivní proces zahrnuje odebírání částí z bloku materiálu vysoce přesným řezáním nebo obráběním za účelem vytvoření 3D produktu.
Navzdory klíčovým rozdílům se aditivní a subtraktivní procesy ne vždy vzájemně vylučují – lze je použít k doplnění různých fází vývoje produktu. Aditivní proces často vytváří raný koncepční model nebo prototyp. Jakmile je produkt finalizován, mohou být zapotřebí větší šarže, což otevírá dveře subtraktivní výrobě. V poslední době, kde je čas klíčový, se používají hybridní aditivní/subtraktivní metody pro věci, jako je oprava poškozených/opotřebovaných dílů nebo výroba kvalitních dílů s kratší dodací lhůtou.
AUTOMATIZOVAT PŘESMĚROVÁNÍ
Aby výrobci splnili přísné požadavky zákazníků, integrují do konstrukce svých dílů řadu drátěných materiálů, jako je nerezová ocel, nikl, kobalt, chrom, titan, hliník a další odlišné kovy, počínaje měkkým, ale pevným substrátem a konče tvrdou, otěruvzdornou součástí. Částečně to odhalilo potřebu vysoce výkonných řešení pro vyšší produktivitu a kvalitu v aditivní i subtraktivní výrobě, zejména v případě procesů, jako je aditivní výroba drátem (WAAM), subtraktivní WAAM, subtraktivní laserové plátování nebo dekorace. Mezi hlavní výhody patří:
- Pokročilá servotechnika:Aby bylo možné lépe splnit cíle v oblasti uvedení na trh a specifikace zákaznického designu, pokud jde o rozměrovou přesnost a kvalitu povrchové úpravy, koncoví uživatelé se obracejí na pokročilé 3D tiskárny se servosystémy (namísto krokových motorů) pro optimální řízení pohybu. Výhody servomotorů, jako je například Sigma-7 od Yaskawy, obracejí aditivní proces naruby a pomáhají výrobcům překonávat běžné problémy díky možnostem vylepšení tiskárny:
- Potlačení vibrací: robustní servomotory se pyšní filtry potlačujícími vibrace, antirezonančními a zářezovými filtry, které zajišťují extrémně plynulý pohyb a eliminují vizuálně nepříjemné stupňovité linie způsobené zvlněním momentu krokového motoru.
- Zvýšení rychlosti: rychlost tisku 350 mm/s je nyní realitou, což je více než dvojnásobek průměrné rychlosti tisku 3D tiskárny s krokovým motorem. Podobně lze dosáhnout rychlosti posuvu až 1 500 mm/s pomocí rotačního nebo až 5 metrů/s pomocí lineární servo technologie. Extrémně rychlé zrychlení, které zajišťují vysoce výkonná serva, umožňuje rychlejší přesun 3D tiskových hlav do správných poloh. To do značné míry eliminuje potřebu zpomalovat celý systém pro dosažení požadované kvality povrchu. Toto vylepšení v řízení pohybu následně také znamená, že koncoví uživatelé mohou vyrobit více dílů za hodinu, aniž by obětovali kvalitu.
- Automatické ladění: servosystémy si mohou nezávisle provádět vlastní ladění, což umožňuje přizpůsobit se změnám v mechanice tiskárny nebo odchylkám v tiskovém procesu. 3D krokové motory nevyužívají zpětnou vazbu polohy, takže je téměř nemožné kompenzovat změny v procesech nebo odchylky v mechanice.
- Zpětná vazba z enkodéru: robustní servosystémy, které nabízejí absolutní zpětnou vazbu z enkodéru, potřebují provést rutinu návratu do výchozí polohy pouze jednou, což vede k delší provozuschopnosti a úsporám nákladů. 3D tiskárny, které používají technologii krokových motorů, tuto funkci postrádají a je nutné je nastavovat do výchozí polohy 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 k detekci zaseknutí extruderu – nedostatek, který může vést ke zničení celé tiskové úlohy. S ohledem na to dokáží servosystémy detekovat zaseknutí extruderu a zabránit strhávání filamentu. Klíčem k vynikajícímu tiskovému výkonu je systém s uzavřenou smyčkou soustředěný kolem optického enkodéru s vysokým rozlišením. Servomotory s 24bitovým absolutním enkodérem s vysokým rozlišením mohou poskytnout 16 777 216 bitů rozlišení zpětné vazby s uzavřenou smyčkou pro vyšší přesnost os a extruderu, stejně jako synchronizaci a ochranu proti zaseknutí.
- Vysoce výkonní roboti:Stejně jako robustní servomotory transformují aditivní aplikace, transformují je i roboti. Jejich vynikající výkon po dráze, tuhá mechanická konstrukce a vysoká ochrana proti prachu (IP) – v kombinaci s pokročilým antivibračním řízením a možností víceosého provozu – činí z vysoce flexibilních šestiosých robotů ideální volbu pro náročné procesy, které doprovázejí využití 3D tiskáren, a také klíčové akce pro subtraktivní výrobu a hybridní aditivní/subtraktivní metody.
Robotická automatizace, která doplňuje 3D tiskové stroje, zahrnuje manipulaci s tištěnými díly v instalacích s více stroji. Od vykládání jednotlivých dílů z tiskového stroje až po oddělování dílů po cyklu vícedílného tisku, vysoce flexibilní a efektivní roboti optimalizují provoz pro vyšší propustnost a zvýšení produktivity.
U tradičního 3D tisku jsou roboti užiteční s řízením prášku, doplňováním prášku do tiskárny v případě potřeby a odstraňováním prášku z hotových dílů. Podobně lze snadno provádět i další úkoly dokončování dílů, které jsou oblíbené u kovovýroby, jako je broušení, leštění, odstraňování otřepů nebo řezání. Kontrola kvality, stejně jako potřeby balení a logistiky, jsou také přímo řešeny robotickou technologií, což umožňuje výrobcům soustředit se na práci s vyšší přidanou hodnotou, jako je zakázková výroba.
Pro větší obrobky se průmyslové roboty s dlouhým dosahem vybavují nástroji pro přímý pohyb extruzní hlavy 3D tiskárny. To ve spojení s periferními nástroji, jako jsou rotační základny, polohovače, lineární dráhy, portály a další, poskytuje pracovní prostor potřebný pro vytváření prostorových struktur volného tvaru. Kromě klasického rychlého prototypování se roboti používají k výrobě velkoobjemových dílů volného tvaru, forem, 3D příhradových konstrukcí a velkoformátových hybridních dílů. - Řídicí jednotky víceosých strojů:Inovativní technologie pro propojení až 62 os pohybu v jednom prostředí nyní umožňuje multisynchronizaci široké škály průmyslových robotů, servosystémů a frekvenčních měničů používaných v aditivních, subtraktivních a hybridních procesech. Celá řada zařízení nyní může bezproblémově spolupracovat pod kompletním řízením a monitorováním PLC (programovatelného logického automatu) nebo řídicí jednotky IEC stroje, jako je například MP3300iec. Profesionální platformy, jako je tato, jsou často programovány dynamickým softwarovým balíčkem 61131 IEC, jako je MotionWorks IEC, a využívají známé nástroje (např. G-kódy RepRap, diagramy funkčních bloků, strukturovaný text, žebříkové diagramy atd.). Pro usnadnění integrace a optimalizaci provozuschopnosti stroje jsou součástí dodávky hotové nástroje, jako je kompenzace nivelace lože, řízení posuvu extruderu pod tlakem, řízení více vřeten a extruderu.
- Pokročilá uživatelská rozhraní pro výrobu:Různorodé softwarové balíčky, které jsou velmi prospěšné pro aplikace v 3D tisku, tvarovém řezání, obráběcích strojích a robotice, mohou rychle poskytnout snadno přizpůsobitelné grafické rozhraní stroje a otevřít tak 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 potřebám zákazníků je vyžadováno jen málo programování – tyto nástroje poskytují rozsáhlou knihovnu předpřipravených pluginů C# nebo umožňují import vlastních pluginů.
POVZPŮSOBTE SE NAD
I když metody jednoduchého aditivní a subtraktivního výpočtu zůstávají populární, v příštích několika letech dojde k většímu posunu směrem k hybridní metodě aditivní/subtraktivní. Očekává se, že do roku 2027 poroste složenou roční mírou růstu (CAGR) 14,8 procenta.1Trh s hybridními aditivními výrobními stroji je připraven uspokojit rostoucí poptávku zákazníků. Aby se výrobci povznesli nad konkurenci, měli by zvážit klady a zápory hybridní metody pro své provozy. Hybridní aditivní/subtraktivní proces nabízí některé atraktivní výhody, a to díky schopnosti vyrábět díly dle potřeby a výrazně snížit uhlíkovou stopu. Bez ohledu na to by pokročilé technologie pro tyto procesy neměly být přehlíženy a měly by být implementovány ve výrobních halách, aby se podpořila vyšší produktivita a kvalita výrobků.
Čas zveřejnění: 13. srpna 2021
