Серводвигатели и роботы меняют аддитивные технологии. Узнайте о последних советах и примерах внедрения робототехники и передовых систем управления движением в аддитивном и субтрактивном производстве, а также о том, что нас ждёт в будущем: представьте гибридные аддитивно-субтрактивные методы.
РАЗВИТИЕ АВТОМАТИЗАЦИИ
Сара Меллиш и Розмари Бернс
Внедрение устройств преобразования энергии, технологий управления движением, чрезвычайно гибких роботов и разнообразного сочетания других передовых технологий являются движущими факторами быстрого развития новых производственных процессов в промышленности. Аддитивное и субтрактивное производство, революционизирующее способы создания прототипов, деталей и изделий, — два ярких примера, обеспечивающих производителям эффективность и экономию средств, необходимые для сохранения конкурентоспособности.
Аддитивное производство (АП), также известное как 3D-печать, — это нетрадиционный метод, обычно использующий цифровые проектные данные для создания цельных трёхмерных объектов путём послойного сплавления материалов снизу вверх. АП часто позволяет изготавливать детали, близкие к заданной форме (NNS), без отходов. Применение АП для проектирования как простых, так и сложных изделий продолжает распространяться в таких отраслях, как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность, энергетика, медицина, транспорт и производство потребительских товаров. Субтрактивный же процесс, напротив, подразумевает удаление фрагментов из заготовки с помощью высокоточной резки или механической обработки для создания трёхмерного изделия.
Несмотря на ключевые различия, аддитивные и субтрактивные процессы не всегда являются взаимоисключающими, поскольку они могут использоваться для дополнения различных этапов разработки продукта. Ранняя концептуальная модель или прототип часто создаются аддитивным процессом. После завершения производства продукта могут потребоваться более крупные партии, что открывает путь к субтрактивному производству. В последнее время, когда время имеет решающее значение, гибридные аддитивно-субтрактивные методы применяются для таких задач, как ремонт повреждённых/изношенных деталей или создание качественных деталей с более коротким сроком выполнения.
АВТОМАТИЗИРОВАТЬ ВПЕРЕД
Чтобы удовлетворить строгие требования заказчиков, производители используют в производстве деталей различные виды проволоки, такие как нержавеющая сталь, никель, кобальт, хром, титан, алюминий и другие разнородные металлы, начиная с мягкой, но прочной основы и заканчивая твёрдым, износостойким компонентом. Это отчасти выявило потребность в высокопроизводительных решениях для повышения производительности и качества как в аддитивном, так и в субтрактивном производстве, особенно в таких процессах, как аддитивное производство с использованием дуговой сварки проволокой (WAAM), субтрактивное WAAM, субтрактивное лазерное наплавление или декорирование. Основные моменты:
- Усовершенствованная сервотехнология:Чтобы лучше соответствовать требованиям заказчиков к срокам вывода продукции на рынок, точности размеров и качеству отделки, конечные пользователи обращаются к современным 3D-принтерам с сервоприводами (вместо шаговых двигателей) для оптимального управления движением. Преимущества сервоприводов, таких как Sigma-7 от Yaskawa, кардинально меняют подход к аддитивной печати, помогая производителям решать распространённые проблемы благодаря возможностям повышения производительности принтера:
- Подавление вибраций: надежные серводвигатели оснащены фильтрами подавления вибраций, а также антирезонансными и режекторными фильтрами, что обеспечивает чрезвычайно плавное движение, которое может устранить визуально неприятные ступенчатые линии, вызванные пульсацией крутящего момента шагового двигателя.
- Повышение скорости: скорость печати 350 мм/с стала реальностью, что более чем вдвое превышает среднюю скорость печати 3D-принтера с шаговым двигателем. Аналогично, скорость перемещения до 1500 мм/с может быть достигнута с помощью поворотного механизма или до 5 м/с с помощью линейного сервопривода. Чрезвычайно быстрое ускорение, обеспечиваемое высокопроизводительными сервоприводами, позволяет быстрее перемещать печатающие 3D-головки в нужное положение. Это значительно снижает необходимость в замедлении всей системы для достижения желаемого качества поверхности. Следовательно, это усовершенствование управления движением также означает, что конечные пользователи могут изготавливать больше деталей в час без ущерба для качества.
- Автоматическая настройка: сервосистемы могут самостоятельно выполнять собственную настройку, что позволяет адаптироваться к изменениям в механике принтера или отклонениям в процессе печати. 3D-шаговые двигатели не используют обратную связь по положению, что делает практически невозможным компенсацию изменений в процессах или отклонений в механике.
- Обратная связь с энкодером: надежные сервосистемы, обеспечивающие абсолютную обратную связь с энкодером, должны выполнить процедуру возврата в исходное положение только один раз, что обеспечивает большую продолжительность безотказной работы и экономию средств. 3D-принтеры, использующие технологию шаговых двигателей, не имеют такой функции и должны возвращаться в исходное положение при каждом включении.
- Обратная связь: экструдер 3D-принтера часто может стать узким местом в процессе печати, а шаговый двигатель не обладает способностью обратной связи обнаруживать застревание экструдера — недостаток, который может привести к срыву всего задания печати. Учитывая это, сервосистемы способны обнаруживать застревание экструдера и предотвращать обрыв нити. Ключ к превосходной производительности печати — наличие замкнутой системы на основе оптического энкодера высокого разрешения. Серводвигатели с 24-битным абсолютным энкодером высокого разрешения обеспечивают разрешение обратной связи замкнутого контура 16 777 216 бит для повышения точности осей и экструдера, а также синхронизации и защиты от застревания.
- Высокопроизводительные роботы:Роботы преображают не только аддитивные технологии, но и надежные серводвигатели. Превосходные эксплуатационные характеристики, жесткая механическая конструкция и высокая степень защиты от пыли (IP) в сочетании с улучшенной системой защиты от вибрации и возможностью многоосевой обработки делают высокогибких шестиосевых роботов идеальным решением для сложных процессов, связанных с использованием 3D-принтеров, а также для выполнения ключевых операций субтрактивного производства и гибридных аддитивно-субтрактивных методов.
Роботизированная автоматизация, дополняющая 3D-печатные машины, широко применяется при обработке напечатанных деталей в многомашинных комплексах. От выгрузки отдельных деталей из печатной машины до разделения деталей после многокомпонентного цикла печати, высокогибкие и эффективные роботы оптимизируют операции, повышая производительность и пропускную способность.
При традиционной 3D-печати роботы помогают управлять порошком, пополнять запасы порошка в принтере при необходимости и удалять его из готовых деталей. Аналогичным образом, легко выполняются и другие задачи финишной обработки деталей, популярные в металлообработке, такие как шлифовка, полировка, удаление заусенцев или резка. Роботизация также позволяет напрямую решать задачи контроля качества, упаковки и логистики, освобождая производителей для более продуктивной работы, например, изготовления деталей на заказ.
Для обработки более крупных деталей промышленные роботы с большим радиусом действия оснащаются оборудованием для непосредственного перемещения экструзионной головки 3D-принтера. В сочетании с периферийным оборудованием, таким как вращающиеся основания, позиционеры, линейные направляющие, порталы и многое другое, это обеспечивает необходимое рабочее пространство для создания пространственных конструкций произвольной формы. Помимо классического быстрого прототипирования, роботы используются для изготовления крупногабаритных деталей произвольной формы, пресс-форм, трёхмерных ферменных конструкций и крупноформатных гибридных деталей. - Контроллеры многоосных машин:Инновационная технология, позволяющая объединить до 62 осей движения в единой среде, позволяет реализовать многопоточную синхронизацию широкого спектра промышленных роботов, сервосистем и частотно-регулируемых приводов, используемых в аддитивных, субтрактивных и гибридных процессах. Целое семейство устройств теперь может бесперебойно работать вместе под полным управлением и мониторингом ПЛК (программируемого логического контроллера) или контроллера станка IEC, например, MP3300iec. Профессиональные платформы, подобные этой, часто программируются с помощью динамического программного пакета IEC 61131, например, MotionWorks IEC, и используют знакомые инструменты (например, RepRap G-коды, функциональные блок-схемы, структурированный текст, релейные диаграммы и т. д.). Для упрощения интеграции и оптимизации времени безотказной работы оборудования предусмотрены готовые инструменты, такие как компенсация выравнивания стола, управление давлением экструдера, управление несколькими шпинделями и экструдером.
- Расширенные пользовательские интерфейсы для производства:Разнообразные программные пакеты, чрезвычайно полезные для приложений в области 3D-печати, фигурной резки, станков и робототехники, позволяют быстро создать простой в настройке графический интерфейс, открывая путь к большей универсальности. Разработанные с учётом творческих возможностей и оптимизации, интуитивно понятные платформы, такие как Yaskawa Compass, позволяют производителям легко брендировать и настраивать экраны. От добавления основных характеристик станка до удовлетворения потребностей клиентов, требуется лишь небольшое программирование, поскольку эти инструменты предоставляют обширную библиотеку готовых плагинов C# или позволяют импортировать пользовательские плагины.
ПОДНЯТЬСЯ ВЫШЕ
Хотя простые аддитивно-субтрактивные методы остаются популярными, в ближайшие несколько лет ожидается более выраженный переход к гибридному аддитивно-субтрактивному методу. Ожидается, что к 2027 году среднегодовой темп роста (CAGR) составит 14,8%.1Рынок гибридных машин для аддитивного производства готов удовлетворить растущий спрос клиентов. Чтобы превзойти конкурентов, производителям следует взвесить все «за» и «против» гибридного метода для своих производств. Гибридный аддитивно-субтрактивный процесс, позволяющий производить детали по мере необходимости и значительно сокращающий углеродный след, предлагает ряд привлекательных преимуществ. Тем не менее, передовые технологии для этих процессов не следует недооценивать и внедрять в производственных цехах для повышения производительности и качества продукции.
Время публикации: 13 августа 2021 г.
