Сервомоторы и роботы меняют представление об аддитивных технологиях. Узнайте о последних советах и применениях роботизированной автоматизации и передового управления движением в аддитивном и субтрактивном производстве, а также о том, что нас ждет в будущем: гибридные аддитивно-субтрактивные методы.
РАЗВИТИЕ АВТОМАТИЗАЦИИ
Сара Меллиш и Розмари Бернс
Внедрение устройств преобразования энергии, технологий управления движением, чрезвычайно гибких роботов и эклектичного сочетания других передовых технологий являются движущими факторами быстрого роста новых производственных процессов в промышленности. Аддитивное и субтрактивное производство, революционизирующие способы изготовления прототипов, деталей и изделий, являются двумя яркими примерами, обеспечивающими эффективность и экономию затрат, к которым стремятся производители, чтобы оставаться конкурентоспособными.
Аддитивное производство (АМ), также известное как 3D-печать, — это нетрадиционный метод, который обычно использует цифровые данные проектирования для создания твердых трехмерных объектов путем послойного сплавления материалов снизу вверх. Часто позволяя изготавливать детали, близкие к окончательной форме, без отходов, АМ продолжает набирать популярность в таких отраслях, как автомобильная, аэрокосмическая, энергетическая, медицинская, транспортная и производство потребительских товаров. В отличие от этого, субтрактивный процесс предполагает удаление участков из блока материала с помощью высокоточной резки или механической обработки для создания трехмерного изделия.
Несмотря на существенные различия, аддитивные и субтрактивные процессы не всегда взаимоисключают друг друга — они могут дополнять различные этапы разработки продукта. Ранняя концептуальная модель или прототип часто создаются с помощью аддитивного процесса. После завершения разработки продукта могут потребоваться более крупные партии, что открывает возможности для субтрактивного производства. В последнее время, когда время имеет решающее значение, гибридные аддитивно-субтрактивные методы применяются, например, для ремонта поврежденных/изношенных деталей или создания качественных деталей в кратчайшие сроки.
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПЕРЕСЫЛКИ
Для удовлетворения жестких требований заказчиков производители интегрируют в конструкцию своих деталей широкий спектр проволочных материалов, таких как нержавеющая сталь, никель, кобальт, хром, титан, алюминий и другие разнородные металлы, начиная с мягкой, но прочной основы и заканчивая твердым, износостойким компонентом. Отчасти это выявило необходимость в высокоэффективных решениях для повышения производительности и качества как в аддитивном, так и в субтрактивном производстве, особенно в таких процессах, как аддитивное производство с использованием проволочной дуги (WAAM), WAAM-субтрактивное производство, лазерная наплавка-субтрактивное производство или декорирование. Основные моменты включают:
- Передовая сервотехнология:Для более эффективного достижения целей по срокам вывода продукции на рынок и соответствия требованиям заказчиков в отношении точности размеров и качества отделки, конечные пользователи обращаются к передовым 3D-принтерам с сервосистемами (вместо шаговых двигателей) для оптимального управления движением. Преимущества серводвигателей, таких как Yaskawa Sigma-7, кардинально меняют аддитивный процесс, помогая производителям преодолевать распространенные проблемы благодаря возможностям повышения производительности принтера:
- Виброгашение: надежные серводвигатели оснащены фильтрами подавления вибрации, а также антирезонансными и режекторными фильтрами, обеспечивающими чрезвычайно плавное движение, которое может устранить визуально неприятные ступенчатые линии, вызванные пульсациями крутящего момента шагового двигателя.
- Повышение скорости: теперь стала реальностью скорость печати 350 мм/сек, 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 поворотного механизма или до 5 метров/сек с помощью линейной сервотехнологии. Чрезвычайно высокая скорость ускорения, обеспечиваемая высокопроизводительными сервоприводами, позволяет быстрее перемещать печатающие головки 3D-принтера в нужное положение. Это значительно снижает необходимость замедления всей системы для достижения желаемого качества печати. Следовательно, это улучшение в управлении 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. Шаговые двигатели 3D-принтеров не используют обратную связь по положению, что делает практически невозможным компенсацию изменений в процессах или несоответствий в механике.
- Обратная связь от энкодера: надежные сервосистемы, обеспечивающие абсолютную обратную связь от энкодера, требуют выполнения процедуры калибровки только один раз, что приводит к увеличению времени безотказной работы и экономии средств. 3D-принтеры, использующие шаговые двигатели, не обладают этой функцией и требуют калибровки каждый раз при включении питания.
- Обратная связь: экструдер 3D-принтера часто становится узким местом в процессе печати, а шаговый двигатель не обладает возможностью обнаружения застревания экструдера — недостаток, который может привести к срыву всей печати. Учитывая это, сервосистемы могут обнаруживать застревание экструдера и предотвращать потерю нити. Ключ к превосходной производительности печати — это замкнутая система на основе высокоточного оптического энкодера. Серводвигатели с 24-битным абсолютным высокоточным энкодером могут обеспечить разрешение обратной связи в замкнутом контуре в 16 777 216 бит для повышения точности осей и экструдера, а также синхронизации и защиты от застревания.
- Высокопроизводительные роботы:Подобно тому, как мощные серводвигатели преобразуют аддитивные технологии, роботы тоже меняют их. Их превосходная траектория движения, жесткая механическая конструкция и высокий уровень защиты от пыли (IP) — в сочетании с усовершенствованной системой антивибрационного контроля и возможностью многоосевого управления — делают высокогибкие шестиосевые роботы идеальным вариантом для сложных процессов, связанных с использованием 3D-принтеров, а также для ключевых задач в субтрактивном производстве и гибридных аддитивно-субтрактивных методах.
Роботизированная автоматизация, дополняющая работу 3D-принтеров, широко применяется для обработки напечатанных деталей в многомашинных установках. От выгрузки отдельных деталей из печатной машины до разделения деталей после многокомпонентного цикла печати, высокогибкие и эффективные роботы оптимизируют операции для повышения производительности и эффективности.
В традиционной 3D-печати роботы помогают в управлении порошком, пополняя его по мере необходимости и удаляя порошок с готовых деталей. Аналогичным образом, легко выполняются и другие задачи по финишной обработке деталей, популярные в металлообработке, такие как шлифовка, полировка, снятие заусенцев или резка. Роботизированные технологии также напрямую решают задачи контроля качества, упаковки и логистики, освобождая производителей от рутинной работы, позволяя им сосредоточиться на более высокодоходных задачах, таких как изготовление деталей на заказ.
Для обработки крупных заготовок промышленные роботы с большой дальностью действия оснащаются средствами для непосредственного перемещения экструзионной головки 3D-принтера. Это, в сочетании с периферийными инструментами, такими как вращающиеся основания, позиционеры, линейные направляющие, портальные системы и многое другое, обеспечивает рабочее пространство, необходимое для создания пространственных конструкций произвольной формы. Помимо классического быстрого прототипирования, роботы используются для изготовления крупногабаритных деталей произвольной формы, форм для отливки, 3D-конструкций ферм и крупноформатных гибридных деталей. - Многоосевые контроллеры станков:Инновационная технология, позволяющая объединять до 62 осей движения в единой среде, теперь обеспечивает многоканальную синхронизацию широкого спектра промышленных роботов, сервосистем и преобразователей частоты, используемых в аддитивных, субтрактивных и гибридных процессах. Целое семейство устройств теперь может бесперебойно работать вместе под полным контролем и мониторингом ПЛК (программируемого логического контроллера) или контроллера станка стандарта IEC, такого как MP3300iec. Профессиональные платформы, подобные этой, часто программируются с помощью динамического программного пакета IEC 61131, такого как MotionWorks IEC, и используют привычные инструменты (например, G-коды RepRap, функциональные блок-схемы, структурированный текст, лестничные диаграммы и т. д.). Для упрощения интеграции и оптимизации времени безотказной работы оборудования включены готовые инструменты, такие как компенсация выравнивания платформы, управление опережением давления экструдера, управление несколькими шпинделями и экструдерами.
- Передовые пользовательские интерфейсы для производственных процессов:Разнообразные программные пакеты, чрезвычайно полезные для приложений в 3D-печати, фигурной резке, станкостроении и робототехнике, позволяют быстро создавать легко настраиваемые графические интерфейсы для станков, открывая путь к большей универсальности. Разработанные с учетом креативности и оптимизации, интуитивно понятные платформы, такие как Yaskawa Compass, позволяют производителям брендировать и легко настраивать экраны. От включения основных атрибутов станка до удовлетворения потребностей клиентов, требуется минимальное программирование — поскольку эти инструменты предоставляют обширную библиотеку готовых плагинов на C# или позволяют импортировать пользовательские плагины.
ВОССТАНЬТЕ ВЫШЕ
Хотя методы аддитивного и субтрактивного синтеза остаются популярными, в ближайшие несколько лет произойдет более значительный переход к гибридному аддитивно-субтрактивному методу. Ожидается, что к 2027 году среднегодовой темп роста составит 14,8%.1Рынок гибридных аддитивных производственных машин готов удовлетворить растущий спрос со стороны клиентов. Чтобы превзойти конкурентов, производителям следует взвесить все «за» и «против» гибридного метода для своих производственных процессов. Благодаря возможности изготовления деталей по мере необходимости и значительному снижению выбросов углекислого газа, гибридный аддитивно-субтрактивный процесс предлагает ряд привлекательных преимуществ. Тем не менее, передовые технологии для этих процессов не следует игнорировать, и их необходимо внедрять в цехах для повышения производительности и качества продукции.
Дата публикации: 13 августа 2021 г.
