A szervomotorok és robotok átalakítják az additív alkalmazásokat. Ismerje meg a legújabb tippeket és alkalmazásokat a robotikai automatizálás és a fejlett mozgásvezérlés additív és szubtraktív gyártáshoz történő megvalósításához, valamint a következő lépést: gondoljon a hibrid additív/szubtraktív módszerekre.
AZ AUTOMATIZÁLÁS FEJLESZTÉSE
Sarah Mellish és RoseMary Burns tollából
Az energiaátalakító eszközök, a mozgásvezérlő technológia, a rendkívül rugalmas robotok és más fejlett technológiák eklektikus keverékének bevezetése az új gyártási folyamatok gyors növekedésének mozgatórugói az ipari környezetben. A prototípusok, alkatrészek és termékek előállításának módját forradalmasító additív és szubtraktív gyártás két kiváló példa arra, hogy a gyártók milyen hatékonyságnövelő és költségmegtakarítási lehetőségeket kínálnak a versenyképességük megőrzése érdekében.
A 3D nyomtatásként emlegetett additív gyártás (AM) egy nem hagyományos módszer, amely általában digitális tervadatokat használ fel szilárd háromdimenziós tárgyak létrehozására az anyagok rétegenkénti, alulról felfelé történő összeolvasztásával. Az AM használata mind az alapvető, mind az összetett terméktervezésben továbbra is áthatja az olyan iparágakat, mint az autóipar, a repülőgépipar, az energiaipar, az orvostudomány, a szállítmányozás és a fogyasztási cikkek, ezzel szemben a szubtraktív folyamat során nagy pontosságú vágással vagy megmunkálással távolítanak el részeket egy anyagtömbből, hogy 3D terméket hozzanak létre.
A főbb különbségek ellenére az additív és a szubtraktív eljárások nem mindig zárják ki egymást – mivel a termékfejlesztés különböző szakaszainak kiegészítésére is alkalmazhatók. Egy korai koncepciómodellt vagy prototípust gyakran az additív eljárással hoznak létre. Miután a termék véglegessé vált, nagyobb tételekre lehet szükség, ami megnyitja az utat a szubtraktív gyártás előtt. Újabban, ahol az idő a lényeg, hibrid additív/szubtraktív módszereket alkalmaznak olyan dolgokra, mint a sérült/kopott alkatrészek javítása vagy a minőségi alkatrészek rövidebb átfutási idővel történő előállítása.
AUTOMATIZÁLT TOVÁBBÍTÁS
A szigorú vevői igények kielégítése érdekében a gyártók számos huzalanyagot, például rozsdamentes acélt, nikkelt, kobaltot, krómot, titánt, alumíniumot és más, eltérő fémeket integrálnak alkatrészeik gyártásába, kezdve egy puha, mégis erős hordozóval, és befejezve egy kemény, kopásálló alkatrésszel. Ez részben feltárta a nagy teljesítményű megoldások iránti igényt a nagyobb termelékenység és minőség érdekében mind az additív, mind a szubtraktív gyártási környezetben, különösen az olyan folyamatok esetében, mint a huzalíves additív gyártás (WAAM), a WAAM-szubtraktív, a lézeres plattírozás-szubtraktív vagy a dekoráció. A kiemelt elemek a következők:
- Fejlett szervo technológia:A piacra jutási idővel és az ügyfelek tervezési specifikációival kapcsolatos méretpontosság és kidolgozási minőség jobb kielégítése érdekében a végfelhasználók fejlett, szervorendszerekkel (léptetőmotorok helyett) ellátott 3D nyomtatók felé fordulnak az optimális mozgásvezérlés érdekében. A Yaskawa Sigma-7 szervomotorjainak előnyei a feje tetejére állítják az additív folyamatot, segítve a gyártókat a gyakori problémák leküzdésében a nyomtató teljesítménynövelő képességein keresztül:
- Rezgéscsillapítás: a robusztus szervomotorok rezgéscsillapító szűrőkkel, valamint rezonancia- és bevágásszűrőkkel büszkélkedhetnek, amelyek rendkívül sima mozgást biztosítanak, és kiküszöbölik a léptetőmotor nyomatékingadozása által okozott vizuálisan kellemetlen lépcsős vonalakat.
- Sebességnövelés: a 350 mm/másodperc nyomtatási sebesség ma már valóság, több mint kétszeresére növelve egy léptetőmotoros 3D nyomtató átlagos nyomtatási sebességét. Hasonlóképpen, akár 1500 mm/másodperc haladási sebesség is elérhető forgó, vagy akár 5 méter/másodperc lineáris szervotechnológiával. A nagy teljesítményű szervomotorok által biztosított rendkívül gyorsulási képesség lehetővé teszi a 3D nyomtatófejek gyorsabb mozgatását a megfelelő pozícióba. Ez nagyban hozzájárul ahhoz, hogy ne kelljen lelassítani egy teljes rendszert a kívánt felületminőség eléréséhez. A mozgásvezérlés ezen fejlesztése azt is jelenti, hogy a végfelhasználók óránként több alkatrészt gyárthatnak a minőség feláldozása nélkül.
- Automatikus hangolás: a szervorendszerek képesek önállóan elvégezni a saját egyéni hangolásukat, ami lehetővé teszi az alkalmazkodást a nyomtató mechanikájának változásaihoz vagy a nyomtatási folyamat eltéréseihez. A 3D léptetőmotorok nem használnak pozíció-visszacsatolást, így szinte lehetetlen kompenzálni a folyamatok változásait vagy a mechanika eltéréseit.
- Jeladó visszacsatolás: az abszolút jeladó visszacsatolását biztosító robusztus szervorendszereknek csak egyszer kell elvégezniük az alaphelyzetbe állítást, ami nagyobb üzemidőt és költségmegtakarítást eredményez. A léptetőmotoros technológiát használó 3D nyomtatókból hiányzik ez a funkció, és minden bekapcsoláskor alaphelyzetbe kell állítani őket.
- Visszacsatolás-érzékelés: egy 3D nyomtató extrudere gyakran szűk keresztmetszetet jelenthet a nyomtatási folyamatban, és egy léptetőmotor nem rendelkezik az extruder elakadásának észlelésére szolgáló visszacsatolás-érzékelési képességgel – ez a hiányosság egy teljes nyomtatási feladat tönkremeneteléhez vezethet. Ezt szem előtt tartva a szervorendszerek képesek észlelni az extruder elakadását és megakadályozni a filament lecsupaszodását. A kiváló nyomtatási teljesítmény kulcsa egy nagy felbontású optikai kódoló köré épülő zárt hurkú rendszer. A 24 bites abszolút nagy felbontású kódolóval rendelkező szervomotorok 16 777 216 bites zárt hurkú visszacsatolási felbontást tudnak biztosítani a nagyobb tengely- és extruderpontosság, valamint a szinkronizálás és az elakadás elleni védelem érdekében.
- Nagy teljesítményű robotok:Ahogy a robusztus szervomotorok átalakítják az additív alkalmazásokat, úgy a robotok is. Kiváló pályateljesítményük, merev mechanikai szerkezetük és magas porvédelemmel (IP) ellátottságuk – a fejlett rezgéscsillapítással és a többtengelyes képességgel kombinálva – a rendkívül rugalmas hattengelyes robotokat ideális választássá teszik a 3D nyomtatók használatát övező igényes folyamatokhoz, valamint a szubtraktív gyártás és a hibrid additív/szubtraktív módszerek kulcsfontosságú műveleteihez.
A 3D nyomtatógépeket kiegészítő robotizált automatizálás széles körben magában foglalja a nyomtatott alkatrészek kezelését többgépes rendszerekben. Az egyes alkatrészek nyomtatógépből való kirakodásától kezdve a többrészes nyomtatási ciklus utáni szétválasztásig a rendkívül rugalmas és hatékony robotok optimalizálják a műveleteket a nagyobb áteresztőképesség és termelékenységnövekedés érdekében.
A hagyományos 3D nyomtatásnál a robotok hasznosak a porkezelésben, a nyomtatópor szükség szerinti utántöltésében és a por eltávolításában a kész alkatrészekből. Hasonlóképpen, a fémmegmunkálásban népszerű egyéb alkatrész-kikészítési feladatok, mint például a csiszolás, polírozás, sorjátlanítás vagy vágás, könnyen elvégezhetők. A minőségellenőrzés, valamint a csomagolási és logisztikai igények is robottechnológiával elégíthetők ki, így a gyártók szabaddá válnak, hogy idejüket a magasabb hozzáadott értékű munkákra, például az egyedi gyártásra összpontosíthassák.
Nagyobb munkadarabok esetén nagy kinyúlású ipari robotokat szerelnek fel arra, hogy közvetlenül mozgassák a 3D nyomtató extrudálófejét. Ezek a perifériás eszközökkel, mint például a forgó talpak, pozicionálók, lineáris sínek, portálok és egyebek, együtt biztosítják a térbeli, szabad formájú szerkezetek létrehozásához szükséges munkaterületet. A klasszikus gyors prototípus-készítés mellett a robotokat nagy volumenű, szabad formájú alkatrészek, öntőformák, 3D alakú rácsos szerkezetek és nagyméretű hibrid alkatrészek gyártására is használják. - Többtengelyes gépvezérlők:Az akár 62 mozgástengely egyetlen környezetben történő összekapcsolására szolgáló innovatív technológia lehetővé teszi az additív, szubtraktív és hibrid folyamatokban használt ipari robotok, szervorendszerek és változtatható frekvenciájú hajtások széles skálájának többszörös szinkronizálását. Egy teljes eszközcsalád zökkenőmentesen működhet együtt egy PLC (programozható logikai vezérlő) vagy IEC gépvezérlő, például az MP3300iec teljes vezérlése és felügyelete alatt. Az ilyen professzionális platformok, amelyeket gyakran dinamikus 61131 IEC szoftvercsomaggal, például a MotionWorks IEC-vel programoznak, ismerős eszközöket használnak (pl. RepRap G-kódok, funkcióblokk-diagram, strukturált szöveg, létradiagram stb.). Az egyszerű integráció megkönnyítése és a gép üzemidejének optimalizálása érdekében olyan kész eszközöket is tartalmaznak, mint az ágyszintezés-kompenzáció, az extruder nyomáselőtolás-vezérlése, a többorsós és extruder vezérlés.
- Fejlett gyártási felhasználói felületek:A 3D nyomtatás, az alakvágás, a szerszámgépek és a robotika alkalmazásai számára rendkívül előnyös, változatos szoftvercsomagok gyorsan biztosítanak könnyen testreszabható grafikus gépi felületet, utat nyitva a nagyobb sokoldalúsághoz. A kreativitást és az optimalizálást szem előtt tartva tervezett intuitív platformok, mint például a Yaskawa Compass, lehetővé teszik a gyártók számára a képernyők arculatának kialakítását és egyszerű testreszabását. Az alapvető gépi attribútumok megadásától az ügyféligények kielégítéséig kevés programozásra van szükség – mivel ezek az eszközök előre elkészített C# bővítmények kiterjedt könyvtárát biztosítják, vagy lehetővé teszik egyéni bővítmények importálását.
Emelkedj feljebb
Míg az egyszeres additív és a kivonásos eljárások továbbra is népszerűek, a következő néhány évben nagyobb eltolódás várható a hibrid additív/kivonási módszer felé. 2027-re várhatóan 14,8 százalékos összetett éves növekedési ütemmel (CAGR) fog növekedni.1A hibrid additív gyártógépek piaca készen áll arra, hogy megfeleljen a folyamatosan változó ügyféligényeknek. Ahhoz, hogy kiemelkedjenek a versenytársak közül, a gyártóknak mérlegelniük kell a hibrid módszer előnyeit és hátrányait a működésük szempontjából. Azáltal, hogy az alkatrészeket szükség szerint gyártják, és jelentősen csökkentik a szénlábnyomukat, a hibrid additív/szubtraktív eljárás néhány vonzó előnyt kínál. Függetlenül attól, hogy ezeknek a folyamatoknak a fejlett technológiáit nem szabad figyelmen kívül hagyni, és azokat a gyártócsarnokokban is be kell vezetni a nagyobb termelékenység és a termékminőség elősegítése érdekében.
Közzététel ideje: 2021. augusztus 13.
