Servomotoarele și roboții transformă aplicațiile aditive. Aflați cele mai recente sfaturi și aplicații atunci când implementați automatizare robotică și control avansat al mișcării pentru fabricația aditivă și subtractivă, precum și ce urmează: gândiți-vă la metode hibride aditive/subtractive.
AUTOMATIZARE AVANSATĂ
De Sarah Mellish și RoseMary Burns
Adoptarea dispozitivelor de conversie a puterii, a tehnologiei de control al mișcării, a roboților extrem de flexibili și a unui amestec eclectic de alte tehnologii avansate sunt factori determinanți pentru creșterea rapidă a noilor procese de fabricație în peisajul industrial. Revoluționând modul în care sunt realizate prototipurile, piesele și produsele, fabricația aditivă și subtractivă sunt două exemple importante care au oferit eficiența și economiile de costuri pe care producătorii le doresc pentru a rămâne competitivi.
Cunoscută sub numele de imprimare 3D, fabricația aditivă (AM) este o metodă netradițională care utilizează de obicei date de proiectare digitală pentru a crea obiecte tridimensionale solide prin fuzionarea materialelor strat cu strat, de jos în sus. Adesea realizând piese cu formă aproape netă (NNS) fără deșeuri, utilizarea AM atât pentru proiectarea de produse de bază, cât și pentru cele complexe continuă să pătrundă în industrii precum cea auto, aerospațială, energetică, medicală, de transport și a produselor de consum. Dimpotrivă, procesul substractiv implică îndepărtarea secțiunilor dintr-un bloc de material prin tăiere sau prelucrare de înaltă precizie pentru a crea un produs 3D.
În ciuda diferențelor cheie, procesele aditive și subtractive nu se exclud întotdeauna reciproc - deoarece pot fi utilizate pentru a completa diverse etape ale dezvoltării produsului. Un model de concept sau un prototip timpuriu este adesea creat prin procesul aditiv. Odată ce produsul este finalizat, pot fi necesare loturi mai mari, deschizând calea către fabricația subtractivă. Mai recent, acolo unde timpul este esențial, se aplică metode hibride aditive/subtractive pentru lucruri precum repararea pieselor deteriorate/uzate sau crearea de piese de calitate cu un timp de livrare mai scurt.
ÎNAINTE AUTOMAT
Pentru a satisface cerințele stricte ale clienților, producătorii integrează o gamă largă de materiale din sârmă, precum oțel inoxidabil, nichel, cobalt, crom, titan, aluminiu și alte metale diferite în construcția pieselor lor, începând cu un substrat moale, dar rezistent, și terminând cu o componentă dură, rezistentă la uzură. Acest lucru a relevat, în parte, necesitatea unor soluții de înaltă performanță pentru o productivitate și o calitate sporite, atât în mediile de fabricație aditivă, cât și în cele subtractive, în special în ceea ce privește procese precum fabricația aditivă cu arc de sârmă (WAAM), WAAM-subtractivă, placarea cu laser-subtractivă sau decorarea. Printre aspectele importante se numără:
- Tehnologie servo avansată:Pentru a aborda mai bine obiectivele de timp de lansare pe piață și specificațiile de design ale clienților, în ceea ce privește precizia dimensională și calitatea finisajului, utilizatorii finali apelează la imprimante 3D avansate cu sisteme servo (în locul motoarelor pas cu pas) pentru un control optim al mișcării. Avantajele servomotoarelor, cum ar fi Sigma-7 de la Yaskawa, răstoarnă procesul aditiv, ajutând fabricanții să depășească problemele comune prin intermediul capacităților de optimizare a imprimantei:
- Suprimarea vibrațiilor: servomotoarele robuste sunt dotate cu filtre de suprimare a vibrațiilor, precum și cu filtre anti-rezonanță și notch, rezultând o mișcare extrem de lină, care poate elimina liniile în trepte neplăcute din punct de vedere vizual cauzate de ondulația cuplului motorului pas cu pas.
- Îmbunătățirea vitezei: o viteză de imprimare de 350 mm/sec este acum o realitate, dublând cu mult viteza medie de imprimare a unei imprimante 3D care utilizează un motor pas cu pas. În mod similar, o viteză de deplasare de până la 1.500 mm/sec poate fi atinsă utilizând tehnologia rotativă sau de până la 5 metri/sec utilizând tehnologia servo liniară. Capacitatea extrem de rapidă de accelerare oferită de servomotoarele de înaltă performanță permite ca capetele de imprimare 3D să fie mutate mai rapid în pozițiile corecte. Acest lucru contribuie semnificativ la reducerea necesității de a încetini întregul sistem pentru a atinge calitatea dorită a finisajului. Ulterior, această îmbunătățire a controlului mișcării înseamnă, de asemenea, că utilizatorii finali pot fabrica mai multe piese pe oră fără a sacrifica calitatea.
- Reglare automată: sistemele servo își pot efectua independent propria reglare personalizată, ceea ce face posibilă adaptarea la modificările mecanicii unei imprimante sau la variațiile unui proces de imprimare. Motoarele pas cu pas 3D nu utilizează feedback-ul de poziție, ceea ce face aproape imposibilă compensarea modificărilor proceselor sau a discrepanțelor mecanice.
- Feedback de la encoder: sistemele servo robuste care oferă feedback absolut al encoderului trebuie să efectueze o rutină de homing o singură dată, ceea ce duce la un timp de funcționare mai mare și la economii de costuri. Imprimantele 3D care utilizează tehnologia motoarelor pas cu pas nu au această caracteristică și trebuie să fie homingate de fiecare dată când sunt pornite.
- Detectarea feedback-ului: un extruder al unei imprimante 3D poate fi adesea un blocaj în procesul de imprimare, iar un motor pas cu pas nu are capacitatea de detectare a feedback-ului pentru a detecta o blocare a extruderului - un deficit care poate duce la distrugerea unei întregi lucrări de imprimare. Având în vedere acest lucru, sistemele servo pot detecta blocajele extruderului și pot preveni striparea filamentului. Cheia performanței superioare de imprimare este un sistem în buclă închisă centrat în jurul unui encoder optic de înaltă rezoluție. Servomotoarele cu un encoder de înaltă rezoluție absolută de 24 de biți pot oferi 16.777.216 biți de rezoluție de feedback în buclă închisă pentru o precizie mai mare a axelor și a extruderului, precum și sincronizare și protecție împotriva blocajelor.
- Roboți de înaltă performanță:Așa cum servomotoarele robuste transformă aplicațiile aditive, la fel se întâmplă și cu roboții. Performanța lor excelentă pe traiectorie, structura mecanică rigidă și gradul ridicat de protecție la praf (IP) - combinate cu controlul avansat antivibrații și capacitatea multi-axe - fac din roboții cu șase axe extrem de flexibili o opțiune ideală pentru procesele solicitante care înconjoară utilizarea imprimantelor 3D, precum și pentru acțiuni cheie pentru fabricația subtractivă și metodele hibride aditive/subtractive.
Automatizarea robotică, complementară mașinilor de imprimare 3D, implică pe scară largă manipularea pieselor imprimate în instalații cu mai multe mașini. De la descărcarea pieselor individuale din mașina de imprimare, până la separarea pieselor după un ciclu de imprimare cu mai multe piese, roboții extrem de flexibili și eficienți optimizează operațiunile pentru un randament și o productivitate mai mari.
Cu ajutorul imprimării 3D tradiționale, roboții sunt utili în gestionarea pulberii, reumplerea pulberii de imprimare atunci când este nevoie și îndepărtarea pulberii din piesele finite. În mod similar, alte sarcini de finisare a pieselor, populare în fabricarea metalelor, cum ar fi șlefuirea, lustruirea, debavurarea sau tăierea, sunt realizate cu ușurință. Inspecția calității, precum și nevoile de ambalare și logistică sunt, de asemenea, satisfăcute direct cu ajutorul tehnologiei robotizate, eliberând fabricanții pentru a-și concentra timpul pe lucrări cu valoare adăugată mai mare, cum ar fi fabricația personalizată.
Pentru piese mai mari, roboții industriali cu rază lungă de acțiune sunt echipați pentru a mișca direct un cap de extrudare al unei imprimante 3D. Aceasta, împreună cu unelte periferice precum baze rotative, poziționere, șine liniare, portaluri și multe altele, oferă spațiul de lucru necesar pentru a crea structuri spațiale cu formă liberă. Pe lângă prototiparea rapidă clasică, roboții sunt utilizați pentru fabricarea de piese cu formă liberă de volum mare, forme de matrițe, construcții de structuri tip grindă cu formă 3D și piese hibride de format mare. - Controlere de mașini multiaxe:Tehnologia inovatoare pentru conectarea a până la 62 de axe de mișcare într-un singur mediu face acum posibilă sincronizarea multiplă a unei game largi de roboți industriali, sisteme servo și acționări cu frecvență variabilă utilizate în procesele aditive, subtractive și hibride. O întreagă familie de dispozitive poate acum funcționa perfect împreună sub controlul și monitorizarea completă a unui PLC (controler logic programabil) sau a unui controler de mașină IEC, cum ar fi MP3300iec. Adesea programate cu un pachet software IEC dinamic 61131, cum ar fi MotionWorks IEC, platformele profesionale precum aceasta utilizează instrumente familiare (de exemplu, coduri G RepRap, diagrame bloc funcționale, text structurat, diagrame Ladder etc.). Pentru a facilita integrarea ușoară și a optimiza timpul de funcționare al mașinii, sunt incluse instrumente prefabricate, cum ar fi compensarea nivelării patului, controlul avansului presiunii extruderului, controlul mai multor axe și al extruderului.
- Interfețe utilizator avansate pentru producție:Extrem de benefice pentru aplicații în imprimarea 3D, tăierea formelor, mașini-unelte și robotică, diverse pachete software pot oferi rapid o interfață grafică ușor de personalizat pentru mașină, oferind o cale către o versatilitate mai mare. Proiectate având în vedere creativitatea și optimizarea, platformele intuitive, precum Yaskawa Compass, permit producătorilor să personalizeze și să personifice cu ușurință ecranele. De la includerea atributelor de bază ale mașinii până la satisfacerea nevoilor clienților, este necesară puțină programare - deoarece aceste instrumente oferă o bibliotecă extinsă de plugin-uri C# predefinite sau permit importul de plugin-uri personalizate.
RIDICAȚI-VĂ DEASUPRA
Deși procesele aditive unice și subtractive rămân populare, în următorii câțiva ani va avea loc o trecere mai mare către metoda hibridă aditivă/subtractivă. Se așteaptă să crească cu o rată anuală compusă (CAGR) de 14,8% până în 2027.1Piața mașinilor de fabricație aditivă hibride este pregătită să răspundă creșterii cerințelor clienților. Pentru a se ridica deasupra concurenței, producătorii ar trebui să cântărească avantajele și dezavantajele metodei hibride pentru operațiunile lor. Având capacitatea de a produce piese după cum este necesar, cu o reducere majoră a amprentei de carbon, procesul hibrid aditiv/subtractiv oferă unele beneficii atractive. Indiferent de situație, tehnologiile avansate pentru aceste procese nu ar trebui trecute cu vederea și ar trebui implementate în ateliere pentru a facilita o productivitate și o calitate mai mare a produselor.
Data publicării: 13 august 2021
