Серводвигатели и роботы преобразуют аддитивные приложения. Узнайте последние советы и приложения при внедрении роботизированной автоматизации и расширенного управления движением для аддитивного и субтрактивного производства, а также что будет дальше: подумайте о гибридных аддитивно-субтрактивных методах.
РАЗВИТИЕ АВТОМАТИЗАЦИИ
Авторы: Сара Меллиш и Розмари Бернс
Внедрение устройств преобразования энергии, технологии управления движением, чрезвычайно гибких роботов и эклектичного сочетания других передовых технологий являются движущими факторами быстрого роста новых производственных процессов в промышленном ландшафте. Революционизируя способ изготовления прототипов, деталей и продуктов, аддитивное и субтрактивное производство являются двумя яркими примерами, которые обеспечили эффективность и экономию средств, необходимые производителям для сохранения конкурентоспособности.
Называемое 3D-печатью, аддитивное производство (AM) является нетрадиционным методом, который обычно использует цифровые данные проектирования для создания твердых трехмерных объектов путем сплавления материалов слой за слоем снизу вверх. Часто изготавливая детали почти чистой формы (NNS) без отходов, использование AM как для базовых, так и для сложных конструкций продуктов продолжает проникать в такие отрасли, как автомобилестроение, аэрокосмическая промышленность, энергетика, медицина, транспорт и потребительские товары. Напротив, субтрактивный процесс подразумевает удаление секций из блока материала с помощью высокоточной резки или обработки для создания 3D-продукта.
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 того, как продукт будет завершен, могут потребоваться более крупные партии, что открывает дверь для субтрактивного производства. В последнее время, когда время имеет существенное значение, гибридные аддитивные/субтрактивные методы применяются для таких вещей, как ремонт поврежденных/изношенных деталей или создание качественных деталей с меньшим временем выполнения.
АВТОМАТИЗИРОВАТЬ ВПЕРЕД
Чтобы соответствовать жестким требованиям клиентов, производители интегрируют ряд проволочных материалов, таких как нержавеющая сталь, никель, кобальт, хром, титан, алюминий и другие разнородные металлы, в конструкцию своих деталей, начиная с мягкой, но прочной подложки и заканчивая твердым, износостойким компонентом. Отчасти это выявило потребность в высокопроизводительных решениях для большей производительности и качества как в аддитивных, так и в субтрактивных производственных средах, особенно в таких процессах, как аддитивное производство с использованием дуги проволоки (WAAM), субтрактивное WAAM, субтрактивное лазерное плакирование или декорирование. Основные моменты включают:
- Усовершенствованная сервотехнология:Чтобы лучше соответствовать целям по времени выхода на рынок и спецификациям дизайна заказчика, где важны размерная точность и качество отделки, конечные пользователи обращаются к передовым 3D-принтерам с сервосистемами (вместо шаговых двигателей) для оптимального управления движением. Преимущества серводвигателей, таких как Sigma-7 от Yaskawa, переворачивают аддитивный процесс с ног на голову, помогая производителям преодолевать распространенные проблемы с помощью возможностей повышения производительности принтера:
- Подавление вибрации: надежные серводвигатели оснащены фильтрами подавления вибрации, 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/сек теперь стала реальностью, что более чем вдвое превышает среднюю скорость печати 3D-принтера с шаговым двигателем. Аналогично, скорость перемещения до 1500 мм/сек может быть достигнута с помощью вращающегося или до 5 метров/сек с помощью линейной сервотехнологии. Чрезвычайно высокая скорость ускорения, обеспечиваемая высокопроизводительными сервоприводами, позволяет быстрее перемещать головки 3D-печати в нужные положения. Это во многом облегчает необходимость замедления всей системы для достижения желаемого качества отделки. Впоследствии это обновление в управлении движением также означает, что конечные пользователи могут изготавливать больше деталей в час, не жертвуя качеством.
- Автоматическая настройка: сервосистемы могут самостоятельно выполнять собственную настройку, что позволяет адаптироваться к изменениям в механике принтера или отклонениям в процессе печати. Шаговые двигатели 3D не используют обратную связь по положению, что делает практически невозможным компенсацию изменений в процессах или отклонений в механике.
- Обратная связь с энкодером: надежные сервосистемы, которые предлагают абсолютную обратную связь с энкодером, должны выполнять процедуру возврата в исходное положение только один раз, что обеспечивает большее время безотказной работы и экономию средств. 3D-принтеры, использующие технологию шагового двигателя, лишены этой функции и должны возвращаться в исходное положение каждый раз при включении питания.
- Датчик обратной связи: экструдер 3D-принтера часто может быть узким местом в процессе печати, а шаговый двигатель не имеет возможности датчика обратной связи для обнаружения застревания экструдера — дефицит, который может привести к краху всего задания печати. Учитывая это, сервосистемы могут обнаруживать резервные копии экструдера и предотвращать отрыв нити. Ключом к превосходной производительности печати является наличие замкнутой системы, сосредоточенной вокруг оптического энкодера высокого разрешения. Серводвигатели с 24-битным абсолютным энкодером высокого разрешения могут обеспечить 16 777 216 бит разрешения замкнутой обратной связи для большей точности осей и экструдера, а также синхронизации и защиты от застревания.
- Высокопроизводительные роботы:Так же, как надежные серводвигатели преобразуют аддитивные приложения, так же преобразуют и роботы. Их превосходные характеристики траектории, жесткая механическая структура и высокие показатели защиты от пыли (IP) — в сочетании с передовым антивибрационным контролем и многоосевой возможностью — делают высокогибких шестиосевых роботов идеальным вариантом для сложных процессов, которые окружают использование 3D-принтеров, а также ключевых действий для субтрактивного производства и гибридных аддитивно-субтрактивных методов.
Роботизированная автоматизация, дополняющая 3D-печатные машины, широко влечет за собой обработку напечатанных деталей в многомашинных установках. От выгрузки отдельных деталей из печатной машины до разделения деталей после цикла многочастной печати, высокогибкие и эффективные роботы оптимизируют операции для большей пропускной способности и производительности.
При традиционной 3D-печати роботы помогают в управлении порошком, заправке принтера порошком при необходимости и удалении порошка из готовых деталей. Аналогичным образом легко выполняются и другие задачи по отделке деталей, популярные в металлообработке, такие как шлифовка, полировка, снятие заусенцев или резка. Контроль качества, а также потребности в упаковке и логистике также удовлетворяются напрямую с помощью роботизированной технологии, освобождая производителей для сосредоточения своего времени на работе с более высокой добавленной стоимостью, например, на изготовлении на заказ.
Для более крупных заготовок промышленные роботы с большим радиусом действия оснащаются для непосредственного перемещения головки экструзии 3D-принтера. Это, в сочетании с периферийными инструментами, такими как вращающиеся основания, позиционеры, линейные направляющие, порталы и т. д., обеспечивает рабочее пространство, необходимое для создания пространственных структур свободной формы. Помимо классического быстрого прототипирования, роботы используются для изготовления крупногабаритных деталей свободной формы, форм для литья, ферменных конструкций 3D-формы и крупноформатных гибридных деталей. - Контроллеры многоосевых машин:Инновационная технология для соединения до 62 осей движения в одной среде теперь делает возможной многократную синхронизацию широкого спектра промышленных роботов, сервосистем и частотно-регулируемых приводов, используемых в аддитивных, субтрактивных и гибридных процессах. Целое семейство устройств теперь может работать вместе без проблем под полным контролем и мониторингом ПЛК (программируемый логический контроллер) или контроллера машины IEC, например MP3300iec. Часто программируемые с помощью динамического пакета программного обеспечения IEC 61131, например MotionWorks IEC, профессиональные платформы, подобные этой, используют знакомые инструменты (например, RepRap G-коды, функциональную блок-схему, структурированный текст, лестничную диаграмму и т. д.). Для облегчения интеграции и оптимизации времени безотказной работы машины включены готовые инструменты, такие как компенсация выравнивания стола, управление давлением экструдера, управление несколькими шпинделями и экструдером.
- Расширенные пользовательские интерфейсы для производства:Весьма полезные для приложений в 3D-печати, фигурной резке, станках и робототехнике, разнообразные программные пакеты могут быстро предоставить простой в настройке графический интерфейс машины, открывая путь к большей универсальности. Разработанные с учетом креативности и оптимизации, интуитивные платформы, такие как Yaskawa Compass, позволяют производителям брендировать и легко настраивать экраны. От включения основных атрибутов машины до удовлетворения потребностей клиентов требуется немного программирования — поскольку эти инструменты предоставляют обширную библиотеку готовых подключаемых модулей C# или позволяют импортировать пользовательские подключаемые модули.
ПОДНИМАЙСЯ ВЫШЕ
Хотя отдельные аддитивные и субтрактивные процессы остаются популярными, в течение следующих нескольких лет произойдет больший сдвиг в сторону гибридного аддитивно-субтрактивного метода. Ожидается, что к 2027 году среднегодовой темп роста (CAGR) составит 14,8 процента1, рынок машин для гибридного аддитивного производства готов удовлетворить всплеск меняющихся требований клиентов. Чтобы превзойти конкурентов, производители должны взвесить все «за» и «против» гибридного метода для своих операций. Благодаря возможности производить детали по мере необходимости, а также значительному сокращению выбросов углекислого газа, гибридный аддитивно-субтрактивный процесс предлагает некоторые привлекательные преимущества. Несмотря на это, передовые технологии для этих процессов не следует упускать из виду и следует внедрять в цехах для повышения производительности и качества продукции.
Время публикации: 13-08-2021
