Серводвигатели и роботы меняют аддитивные приложения. Узнайте о последних советах и приложениях при внедрении роботизированной автоматизации и расширенном управлении движением в аддитивном и субтрактивном производстве, а также о том, что будет дальше: подумайте о гибридных аддитивных и субтрактивных методах.
РАЗВИТИЕ АВТОМАТИЗАЦИИ
Сара Меллиш и РоузМэри Бернс
Внедрение устройств преобразования энергии, технологий управления движением, чрезвычайно гибких роботов и разнообразного сочетания других передовых технологий являются движущими факторами быстрого роста новых производственных процессов в промышленном ландшафте. Аддитивное и субтрактивное производство произвело революцию в способах изготовления прототипов, деталей и продуктов. Это два ярких примера, которые обеспечили производителям эффективность и экономию средств, стремящиеся оставаться конкурентоспособными.
Аддитивное производство (АП), называемое 3D-печатью, представляет собой нетрадиционный метод, который обычно использует данные цифрового проектирования для создания твердых трехмерных объектов путем плавления материалов слой за слоем снизу вверх. Часто изготавливая детали почти готовой формы (NNS) без отходов, использование AM как для базовых, так и для сложных конструкций продуктов продолжает проникать в такие отрасли, как автомобильная, аэрокосмическая, энергетическая, медицинская, транспортная и потребительская. Напротив, субтрактивный процесс предполагает удаление секций из блока материала путем высокоточной резки или механической обработки для создания трехмерного продукта.
Несмотря на ключевые различия, аддитивные и субтрактивные процессы не всегда являются взаимоисключающими, поскольку их можно использовать для дополнения различных этапов разработки продукта. Ранняя концептуальная модель или прототип часто создаются с помощью аддитивного процесса. Как только этот продукт будет готов, могут потребоваться более крупные партии, что откроет двери для субтрактивного производства. В последнее время, когда время имеет решающее значение, гибридные аддитивные/субтрактивные методы применяются для таких вещей, как ремонт поврежденных/изношенных деталей или создание качественных деталей с меньшим временем выполнения заказа.
АВТОМАТИЗАЦИЯ ВПЕРЕД
Чтобы удовлетворить строгие требования клиентов, производители интегрируют в конструкцию своих деталей ряд материалов проволоки, таких как нержавеющая сталь, никель, кобальт, хром, титан, алюминий и другие разнородные металлы, начиная с мягкой, но прочной основы и заканчивая твердой, износостойкой основой. - устойчивый компонент. Частично это выявило необходимость в высокопроизводительных решениях для повышения производительности и качества как в аддитивном, так и в субтрактивном производстве, особенно в тех случаях, когда речь идет о таких процессах, как аддитивное производство с проволочной дугой (WAAM), WAAM-субтрактивное, лазерное наплавление-субтрактивное или декорирование. Основные моменты включают в себя:
- Передовая сервотехнология:Чтобы лучше достигать целей по срокам выхода на рынок и спецификациям дизайна клиентов, когда речь идет о точности размеров и качестве отделки, конечные пользователи обращаются к современным 3D-принтерам с сервосистемами (по сравнению с шаговыми двигателями) для оптимального управления движением. Преимущества серводвигателей, таких как Sigma-7 от Yaskawa, переворачивают аддитивный процесс с ног на голову, помогая производителям преодолевать распространенные проблемы за счет возможностей повышения производительности принтера:
- Подавление вибрации: надежные серводвигатели оснащены фильтрами подавления вибрации, а также антирезонансными и режекторными фильтрами, обеспечивающими чрезвычайно плавное движение и устраняющее визуально неприятные ступенчатые линии, вызванные пульсациями 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 при использовании поворотного механизма или до 5 метров/сек при использовании линейного сервопривода. Чрезвычайно быстрое ускорение, обеспечиваемое высокопроизводительными сервоприводами, позволяет быстрее перемещать 3D-печатающие головки в нужные положения. Это во многом избавляет от необходимости замедлять работу всей системы для достижения желаемого качества отделки. Впоследствии это обновление системы управления движением также означает, что конечные пользователи смогут 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. Шаговые двигатели 3D не используют обратную связь по положению, что делает практически невозможным компенсацию изменений в процессах или несоответствий в механике.
- Обратная связь с энкодером: надежные сервосистемы, которые обеспечивают абсолютную обратную связь с энкодером, требуют только одного выполнения процедуры возврата в исходное положение, что приводит к увеличению времени безотказной работы и экономии затрат. 3D-принтеры, использующие технологию шагового двигателя, лишены этой функции, и их необходимо восстанавливать каждый раз при включении питания.
- Обнаружение обратной связи: экструдер 3D-принтера часто может быть узким местом в процессе печати, а шаговый двигатель не имеет возможности обнаружения обратной связи для обнаружения заедания экструдера — дефицит, который может привести к срыву всего задания на печать. Учитывая это, сервосистемы могут обнаруживать резервные копии экструдера и предотвращать отрыв нити. Ключом к превосходной производительности печати является наличие системы с замкнутым контуром, основанной на оптическом кодировщике высокого разрешения. Серводвигатели с 24-битным энкодером абсолютного высокого разрешения могут обеспечивать 16 777 216 бит разрешения обратной связи с обратной связью для большей точности оси и экструдера, а также синхронизации и защиты от застревания.
- Высокопроизводительные роботы:Точно так же, как надежные серводвигатели меняют аддитивные приложения, то же самое происходит и с роботами. Их превосходные характеристики траектории, жесткая механическая конструкция и высокие показатели защиты от пыли (IP) в сочетании с улучшенным антивибрационным контролем и многоосными возможностями делают очень гибкие шестиосные роботы идеальным вариантом для требовательных процессов, связанных с использованием 3D-технологий. принтеры, а также ключевые действия для субтрактивного производства и гибридных аддитивно-субтрактивных методов.
Роботизированная автоматизация, дополняющая машины для 3D-печати, широко влечет за собой обработку напечатанных деталей на многомашинных установках. От выгрузки отдельных деталей из печатной машины до разделения деталей после цикла печати нескольких деталей — гибкие и эффективные роботы оптимизируют операции для повышения пропускной способности и производительности.
При традиционной 3D-печати роботы помогают управлять порошком, заправляя порошок в принтер при необходимости и удаляя порошок с готовых деталей. Аналогичным образом, легко выполняются и другие задачи отделки деталей, популярные в металлообработке, такие как шлифовка, полировка, удаление заусенцев или резка. Проверка качества, а также потребности в упаковке и логистике также полностью удовлетворяются с помощью роботизированных технологий, что позволяет производителям сосредоточить свое время на работе с более высокой добавленной стоимостью, например, на изготовлении по индивидуальному заказу.
Для более крупных заготовок используются промышленные роботы с большой досягаемостью, способные напрямую перемещать экструзионную головку 3D-принтера. Это, в сочетании с периферийными инструментами, такими как вращающиеся основания, позиционеры, линейные направляющие, порталы и многое другое, обеспечивает рабочее пространство, необходимое для создания пространственных структур произвольной формы. Помимо классического быстрого прототипирования, роботы используются для изготовления крупнообъемных деталей произвольной формы, пресс-форм, трехмерных ферменных конструкций и крупноформатных гибридных деталей. - Многоосные контроллеры станков:Инновационная технология соединения до 62 осей движения в единой среде теперь делает возможной мультисинхронизацию широкого спектра промышленных роботов, сервосистем и приводов с регулируемой частотой, используемых в аддитивных, субтрактивных и гибридных процессах. Теперь все семейство устройств может беспрепятственно работать вместе под полным контролем и контролем ПЛК (программируемого логического контроллера) или машинного контроллера IEC, такого как MP3300iec. Подобные профессиональные платформы, часто запрограммированные с помощью динамического пакета программного обеспечения 61131 IEC, такого как MotionWorks IEC, используют знакомые инструменты (например, G-коды RepRap, функциональные блок-схемы, структурированный текст, лестничные диаграммы и т. д.). Для облегчения интеграции и оптимизации времени безотказной работы машины в комплект поставки включены готовые инструменты, такие как компенсация выравнивания стола, управление опережением давления экструдера, управление несколькими шпинделями и экструдером.
- Передовые производственные пользовательские интерфейсы:Разнообразные пакеты программного обеспечения, которые очень полезны для приложений в области 3D-печати, резки, станков и робототехники, могут быстро предоставить простой в настройке графический интерфейс машины, обеспечивая путь к большей универсальности. Интуитивные платформы, такие как Yaskawa Compass, разработанные с учетом креативности и оптимизации, позволяют производителям маркировать и легко настраивать экраны. От включения основных атрибутов машины до удовлетворения потребностей клиентов требуется мало программирования, поскольку эти инструменты предоставляют обширную библиотеку готовых подключаемых модулей C# или позволяют импортировать пользовательские подключаемые модули.
ПОДНИМАЙТЕСЬ ВЫШЕ
Хотя одиночные аддитивные и субтрактивные процессы остаются популярными, в ближайшие несколько лет произойдет больший сдвиг в сторону гибридного аддитивного/субтрактивного метода. Ожидается, что к 2027 году совокупный годовой темп роста (CAGR) составит 14,8 процента.1Рынок гибридного оборудования для аддитивного производства готов удовлетворить растущие потребности клиентов. Чтобы превзойти конкурентов, производители должны взвесить все за и против гибридного метода для своей деятельности. Благодаря возможности производить детали по мере необходимости и значительному сокращению выбросов углекислого газа гибридный аддитивно-субтрактивный процесс предлагает некоторые привлекательные преимущества. Несмотря на это, не следует упускать из виду передовые технологии для этих процессов, их следует внедрять в цехах для повышения производительности и качества продукции.
Время публикации: 13 августа 2021 г.
