Вперед в 3D: поднимитесь над вызовами в 3D-печати на металле

Серводвигатели и роботы меняют аддитивные приложения. Узнайте о последних советах и ​​приложениях при внедрении роботизированной автоматизации и расширенного управления движением для аддитивного и субтрактивного производства, а также о том, что дальше: подумайте о гибридных аддитивных / субтрактивных методах.1628850930(1)

РАСШИРЕННАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ

Сара Меллиш и Роуз Мэри Бернс

Внедрение устройств преобразования энергии, технологии управления движением, чрезвычайно гибких роботов и разнообразного сочетания других передовых технологий являются движущими факторами быстрого роста новых производственных процессов в промышленном пространстве. Революционный способ изготовления прототипов, деталей и продуктов, аддитивное и субтрактивное производство - два ярких примера, которые обеспечивают эффективность и экономию затрат, которые производители стремятся оставаться конкурентоспособными.

Аддитивное производство (AM), называемое 3D-печатью, представляет собой нетрадиционный метод, который обычно использует данные цифрового дизайна для создания твердых трехмерных объектов путем слияния материалов слой за слоем снизу вверх. Часто изготовление деталей почти чистой формы (NNS) без отходов, использование AM как для базовых, так и для сложных конструкций изделий продолжает проникать в такие отрасли, как автомобилестроение, авиакосмическая промышленность, энергетика, медицина, транспорт и потребительские товары. Напротив, процесс вычитания влечет за собой удаление секций из блока материала путем высокоточной резки или механической обработки для создания трехмерного продукта.

Несмотря на ключевые различия, аддитивный и вычитающий процессы не всегда исключают друг друга, поскольку их можно использовать для дополнения различных этапов разработки продукта. Ранняя концептуальная модель или прототип часто создается с помощью аддитивного процесса. После того, как этот продукт будет завершен, могут потребоваться более крупные партии, что откроет дверь для субтрактивного производства. В последнее время, когда время имеет существенное значение, гибридные аддитивные / вычитающие методы применяются для таких вещей, как ремонт поврежденных / изношенных деталей или создание качественных деталей с меньшим временем выполнения заказа.

АВТОМАТИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА

Чтобы удовлетворить строгие требования 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 основы и заканчивая твердой, износостойкой. -устойчивый компонент. Частично это выявило потребность в высокопроизводительных решениях для повышения производительности и качества как в аддитивных, так и в субтрактивных производственных средах, особенно в таких процессах, как аддитивное производство с использованием проволочной дуги (WAAM), WAAM-субтрактивное, лазерное плакирование-субтрактивное или декорирование. Основные моменты включают:

  • Передовая сервотехнология: Чтобы лучше соответствовать целям вывода на рынок и техническим требованиям заказчика, в том что касается точности размеров и качества отделки, конечные пользователи обращаются к передовым 3D-принтерам с сервосистемами (через шаговые двигатели) для оптимального управления движением. Преимущества серводвигателей, таких как Sigma-7 от Yaskawa, переворачивают аддитивный процесс с ног на голову, помогая производителям преодолевать общие проблемы с помощью возможностей повышения производительности принтера:
    • Подавление вибрации: надежные серводвигатели оснащены фильтрами подавления вибрации, а также антирезонансными и режекторными фильтрами, обеспечивающими чрезвычайно плавное движение, которое может устранить визуально неприятные ступенчатые линии, вызванные пульсацией крутящего момента шагового двигателя.
    • Повышение скорости: скорость печати 350 мм / сек стала реальностью, что более чем вдвое превышает среднюю скорость печати 3D-принтера с использованием шагового двигателя. Точно так же скорость движения до 1500 мм / сек может быть достигнута при использовании поворотного механизма или до 5 метров / сек при использовании линейной сервотехники. Чрезвычайно быстрое ускорение, обеспечиваемое высокопроизводительными сервоприводами, позволяет быстрее перемещать 3D-печатающие головки в нужное положение. Это в значительной степени избавляет от необходимости замедлять работу всей системы для достижения желаемого качества отделки. Впоследствии это обновление управления движением также означает, что конечные пользователи могут изготавливать больше деталей в час без ущерба для качества.
    • Автоматическая настройка: сервосистемы могут независимо выполнять свои собственные настройки, что позволяет адаптироваться к изменениям в механике принтера или отклонениям в процессе печати. Трехмерные шаговые двигатели не используют обратную связь по положению, что делает практически невозможным компенсацию изменений в процессах или несоответствий в механике.
    • Обратная связь энкодера: надежные сервосистемы, которые предлагают абсолютную обратную связь энкодера, должны выполнить процедуру возврата в исходное положение только один раз, что приводит к увеличению времени безотказной работы и экономии средств. 3D-принтеры, использующие технологию шагового двигателя, лишены этой функции, и их необходимо отключать каждый раз при включении питания.
    • Обнаружение обратной связи: экструдер 3D-принтера часто может быть узким местом в процессе печати, а шаговый двигатель не имеет способности реагирования на обратную связь для обнаружения замятия экструдера - недостаток, который может привести к разрушению всего задания на печать. Имея это в виду, сервосистемы могут обнаруживать резервные копии экструдера и предотвращать обрыв нити. Ключом к превосходной производительности печати является замкнутая система, в основе которой лежит оптический кодировщик высокого разрешения. Серводвигатели с 24-битным энкодером с абсолютным высоким разрешением могут обеспечить разрешение обратной связи с обратной связью в размере 16 777 216 бит для большей точности оси и экструдера, а также для синхронизации и защиты от застревания.
  • Высокопроизводительные роботы: Роботы изменяют то же самое, что и надежные серводвигатели. Их превосходные характеристики траектории, жесткая механическая конструкция и высокий рейтинг защиты от пыли (IP) - в сочетании с улучшенным антивибрационным контролем и возможностью работы в нескольких осях - делают очень гибкие шестиосевые роботы идеальным вариантом для сложных процессов, связанных с использованием 3D. принтеры, а также ключевые действия для субтрактивного производства и гибридных аддитивных / субтрактивных методов.
    Роботизированная автоматизация, дополняющая машины для 3D-печати, широко влечет за собой обработку печатных деталей в многомашинных установках. От выгрузки отдельных деталей из печатной машины до разделения деталей после цикла печати, состоящего из нескольких частей, очень гибкие и эффективные роботы оптимизируют операции для увеличения пропускной способности и производительности.
    С традиционной 3D-печатью роботы помогают управлять порошком, заправлять порошок принтера при необходимости и удалять порошок с готовых деталей. Точно так же легко выполняются другие задачи отделки деталей, популярные при производстве металла, такие как шлифовка, полировка, удаление заусенцев или резка. Контроль качества, а также потребности в упаковке и логистике также решаются с помощью роботизированных технологий, что дает производителям возможность сосредоточить свое время на работе с более высокой добавленной стоимостью, такой как изготовление на заказ.
    Для больших заготовок используются промышленные роботы с большим радиусом действия, позволяющие 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 больших объемов деталей произвольной формы, форм, трехмерных ферм и крупноформатных гибридных деталей.
  • Контроллеры многоосных станков: Инновационная технология для соединения до 62 осей движения в единой среде теперь делает возможной мульти-синхронизацию широкого спектра промышленных роботов, сервосистем и частотно-регулируемых приводов, используемых в аддитивных, вычитающих и гибридных процессах. Целое семейство устройств теперь может работать вместе под полным контролем и мониторингом ПЛК (программируемого логического контроллера) или машинного контроллера IEC, такого как MP3300iec. Часто программируемые с помощью динамического программного пакета 61131 IEC, такого как MotionWorks IEC, профессиональные платформы, подобные этой, используют знакомые инструменты (например, G-коды RepRap, функциональную блок-схему, структурированный текст, лестничную диаграмму и т. Д.). Чтобы упростить интеграцию и оптимизировать время безотказной работы машины, в комплект входят готовые инструменты, такие как компенсация выравнивания станины, управление опережением давления экструдера, управление несколькими шпинделями и экструдером.
  • Пользовательские интерфейсы Advanced Manufacturing: Разнообразные программные пакеты, очень полезные для приложений в области 3D-печати, фигурной резки, станков и робототехники, могут быстро предоставить простой в настройке графический интерфейс машины, обеспечивая путь к большей универсальности. Созданные с учетом творческого подхода и оптимизации, интуитивно понятные платформы, такие как Yaskawa Compass, позволяют производителям маркировать и легко настраивать экраны. От включения основных атрибутов машины до удовлетворения потребностей клиентов требуется небольшое программирование, поскольку эти инструменты предоставляют обширную библиотеку предварительно созданных подключаемых модулей C # или позволяют импортировать настраиваемые подключаемые модули.

ПОДНЯТЬСЯ ВЫШЕ

В то время как единый аддитивный и вычитающий процессы остаются популярными, в ближайшие несколько лет произойдет больший сдвиг в сторону гибридного аддитивного / вычитающего метода. Ожидается, что к 2027 году совокупный годовой темп роста (CAGR) составит 14,8 процента.1рынок гибридных машин для аддитивного производства готов удовлетворить растущие потребности клиентов. Чтобы превзойти конкурентов, производители должны взвесить плюсы и минусы гибридного метода в своей работе. Гибридный аддитивно-вычитающий процесс, позволяющий производить детали по мере необходимости, с существенным сокращением выбросов углекислого газа, предлагает ряд привлекательных преимуществ. Тем не менее, нельзя упускать из виду передовые технологии для этих процессов, и их следует внедрять в цехах для повышения производительности и качества продукции.


Время публикации: 13 августа-2021