Servomotory a roboty transformujú aditívne aplikácie. Získajte najnovšie tipy a aplikácie pri implementácii robotickej automatizácie a pokročilého riadenia pohybu pre aditívnu a subtraktívnu výrobu, ako aj to, čo bude ďalej: predstavte si hybridné aditívne/subtraktívne metódy.
POSILOVANIE AUTOMATIZÁCIE
Od Sarah Mellish a RoseMary Burns
Zavedenie zariadení na konverziu energie, technológie riadenia pohybu, extrémne flexibilných robotov a eklektická zmes ďalších pokročilých technológií sú hnacou silou rýchleho rastu nových výrobných procesov v priemyselnej oblasti. Aditívna a subtraktívna výroba, ktorá revolucionizuje spôsob výroby prototypov, dielov a produktov, sú dva hlavné príklady toho, ako výrobcovia dosiahli efektívnosť a úspory nákladov, aby si udržali konkurencieschopnosť.
Aditívna výroba (AM), označovaná ako 3D tlač, je netradičná metóda, ktorá zvyčajne využíva digitálne návrhové dáta na vytváranie pevných trojrozmerných objektov spájaním materiálov vrstvu po vrstve zdola nahor. Často sa vyrábajú diely takmer čistého tvaru (NNS) bez odpadu a používanie AM pre základné aj zložité návrhy produktov naďalej preniká do odvetví ako automobilový, letecký, energetický, zdravotnícky, dopravný a spotrebný priemysel. Naopak, subtraktívny proces zahŕňa odstraňovanie častí z bloku materiálu vysoko presným rezaním alebo obrábaním, čím sa vytvára 3D produkt.
Napriek kľúčovým rozdielom sa aditívne a subtraktívne procesy nie vždy vzájomne vylučujú – pretože sa dajú použiť na doplnenie rôznych fáz vývoja produktu. Aditívnym procesom sa často vytvára skorý koncepčný model alebo prototyp. Po finalizácii produktu môžu byť potrebné väčšie série, čo otvára dvere subtraktívnej výrobe. V poslednej dobe, kde je čas dôležitý, sa hybridné aditívne/subtraktívne metódy používajú na veci, ako je oprava poškodených/opotrebovaných dielov alebo výroba kvalitných dielov s kratšou dodacou lehotou.
AUTOMATIZOVAŤ PREPOSLENIE
Aby výrobcovia splnili prísne požiadavky zákazníkov, integrujú do konštrukcie svojich dielov širokú škálu drôtených materiálov, ako je nehrdzavejúca oceľ, nikel, kobalt, chróm, titán, hliník a iné odlišné kovy, počnúc mäkkým, ale pevným substrátom a končiac tvrdým, opotrebovaniu odolným komponentom. Čiastočne to odhalilo potrebu vysoko výkonných riešení pre vyššiu produktivitu a kvalitu v aditívnom aj subtraktívnom výrobnom prostredí, najmä pokiaľ ide o procesy, ako je aditívna výroba drôtovým oblúkom (WAAM), subtraktívna WAAM, subtraktívna laserová plátovacia výroba alebo dekorácia. Medzi hlavné výhody patria:
- Pokročilá servotechnológia:Aby sa lepšie splnili ciele týkajúce sa uvedenia na trh a špecifikácie dizajnu zákazníkov, pokiaľ ide o rozmerovú presnosť a kvalitu povrchovej úpravy, koncoví používatelia sa obracajú na pokročilé 3D tlačiarne so servo systémami (namiesto krokových motorov) pre optimálne riadenie pohybu. Výhody servomotorov, ako napríklad Sigma-7 od spoločnosti Yaskawa, menia aditívny proces naruby a pomáhajú výrobcom prekonať bežné problémy prostredníctvom možností vylepšenia tlačiarne:
- Potlačenie vibrácií: robustné servomotory sa môžu pochváliť filtrami na potlačenie vibrácií, ako aj antirezonančnými a zárezovými filtrami, čo zabezpečuje extrémne plynulý pohyb, ktorý dokáže eliminovať vizuálne nepríjemné stupňovité čiary spôsobené zvlnením krútiaceho momentu krokového motora.
- Zvýšenie rýchlosti: rýchlosť tlače 350 mm/s je teraz realitou, čo je viac ako dvojnásobok priemernej rýchlosti tlače 3D tlačiarne s krokovým motorom. Podobne je možné dosiahnuť rýchlosť pohybu až 1 500 mm/s pomocou rotačnej alebo až 5 metrov/s pomocou lineárnej servotechnológie. Extrémne rýchle zrýchlenie, ktoré zabezpečujú vysokovýkonné servopohony, umožňuje rýchlejšie presunutie 3D tlačových hláv do správnych polôh. To výrazne znižuje potrebu spomaľovať celý systém na dosiahnutie požadovanej kvality povrchu. Toto vylepšenie riadenia pohybu následne znamená aj to, že koncoví používatelia môžu vyrobiť viac dielov za hodinu bez toho, aby obetovali kvalitu.
- Automatické ladenie: servosystémy dokážu nezávisle vykonávať vlastné ladenie, čo umožňuje prispôsobiť sa zmenám v mechanike tlačiarne alebo odchýlkam v procese tlače. 3D krokové motory nevyužívajú spätnú väzbu polohy, takže je takmer nemožné kompenzovať zmeny v procesoch alebo odchýlky v mechanike.
- Spätná väzba z enkodéra: robustné servosystémy, ktoré ponúkajú absolútnu spätnú väzbu z enkodéra, potrebujú vykonať rutinu návratu do pôvodného bodu iba raz, čo vedie k dlhšej prevádzkyschopnosti a úspore nákladov. 3D tlačiarne, ktoré používajú technológiu krokových motorov, túto funkciu nemajú a je potrebné ich nastaviť do pôvodného bodu pri každom zapnutí.
- Snímanie spätnej väzby: extrudér 3D tlačiarne môže byť často úzkym hrdlom v procese tlače a krokový motor nemá schopnosť spätnej väzby na detekciu zaseknutia extrudéra – nedostatok, ktorý môže viesť k zničeniu celej tlačovej úlohy. S ohľadom na to dokážu servosystémy detekovať zaseknutie extrudéra a zabrániť strhnutiu filamentu. Kľúčom k vynikajúcemu tlačovému výkonu je systém s uzavretou slučkou sústredený okolo optického enkodéra s vysokým rozlíšením. Servomotory s 24-bitovým absolútnym enkodérom s vysokým rozlíšením dokážu poskytnúť 16 777 216 bitov rozlíšenia spätnej väzby s uzavretou slučkou pre väčšiu presnosť osí a extrudéra, ako aj synchronizáciu a ochranu pred zaseknutím.
- Vysokovýkonné roboty:Rovnako ako robustné servomotory transformujú aditívne aplikácie, transformujú ich aj roboty. Ich vynikajúci výkon pri dráhe, pevná mechanická konštrukcia a vysoká ochrana proti prachu (IP) – v kombinácii s pokročilým antivibračnými kontrolami a viacosovými možnosťami – robia z vysoko flexibilných šesťosových robotov ideálnu voľbu pre náročné procesy, ktoré súvisia s využitím 3D tlačiarní, ako aj pre kľúčové činnosti subtraktívnej výroby a hybridných aditívnych/subtraktívnych metód.
Robotická automatizácia, ktorá dopĺňa 3D tlačiarenské stroje, vo veľkej miere zahŕňa manipuláciu s tlačenými dielmi v inštaláciách s viacerými strojmi. Od vykladania jednotlivých dielov z tlačiarenského stroja až po oddeľovanie dielov po cykle viacdielnej tlače, vysoko flexibilné a efektívne roboty optimalizujú operácie pre vyššiu priepustnosť a zvýšenie produktivity.
Pri tradičnej 3D tlači sú roboty užitočné pri správe prášku, dopĺňaní prášku do tlačiarne v prípade potreby a odstraňovaní prášku z hotových dielov. Podobne sa dajú ľahko zvládnuť aj iné úlohy dokončovania dielov, ktoré sú obľúbené pri výrobe kovov, ako je brúsenie, leštenie, odhrotovanie alebo rezanie. Robotická technológia priamo plní aj kontrolu kvality, ako aj potreby balenia a logistiky, čo umožňuje výrobcom sústrediť sa na prácu s vyššou pridanou hodnotou, ako je napríklad zákazková výroba.
Pre väčšie obrobky sa priemyselné roboty s dlhým dosahom vybavujú nástrojmi na priamy pohyb extrúznej hlavy 3D tlačiarne. To v spojení s periférnymi nástrojmi, ako sú rotačné základne, polohovače, lineárne dráhy, portály a ďalšie, poskytuje pracovný priestor potrebný na vytváranie priestorových štruktúr s voľným tvarom. Okrem klasického rýchleho prototypovania sa roboty používajú na výrobu veľkoobjemových dielov s voľným tvarom, foriem, 3D priehradových konštrukcií a veľkoformátových hybridných dielov. - Riadiace jednotky viacosových strojov:Inovatívna technológia na pripojenie až 62 osí pohybu v jednom prostredí teraz umožňuje multisynchronizáciu širokej škály priemyselných robotov, servosystémov a frekvenčných meničov používaných v aditívnych, subtrakčných a hybridných procesoch. Celá rodina zariadení teraz môže bezproblémovo spolupracovať pod úplnou kontrolou a monitorovaním PLC (programovateľného logického kontroléra) alebo riadiacej jednotky IEC stroja, ako napríklad MP3300iec. Profesionálne platformy, ako je táto, sú často programované dynamickým softvérovým balíkom 61131 IEC, ako napríklad MotionWorks IEC, a využívajú známe nástroje (napr. G-kódy RepRap, diagram funkčných blokov, štruktúrovaný text, rebríkový diagram atď.). Na uľahčenie jednoduchej integrácie a optimalizáciu prevádzkyschopnosti stroja sú súčasťou balenia hotové nástroje, ako je kompenzácia vyrovnania lôžka, riadenie posuvu extrudéra pod tlakom, riadenie viacerých vretien a extrudéra.
- Pokročilé používateľské rozhrania pre výrobu:Rôznorodé softvérové balíky, ktoré sú veľmi prospešné pre aplikácie v 3D tlači, tvarovom rezaní, obrábacích strojoch a robotike, dokážu rýchlo poskytnúť ľahko prispôsobiteľné grafické rozhranie stroja, čím poskytujú cestu k väčšej všestrannosti. Intuitívne platformy, ako napríklad Yaskawa Compass, navrhnuté s ohľadom na kreativitu a optimalizáciu, umožňujú výrobcom označovať a jednoducho prispôsobovať obrazovky. Od zahrnutia základných atribútov stroja až po prispôsobenie potrebám zákazníkov je potrebné len málo programovania – tieto nástroje poskytujú rozsiahlu knižnicu predpripravených pluginov C# alebo umožňujú import vlastných pluginov.
VZDIAŤ SA NAD
Hoci jednoduché aditívne a subtraktívne metódy zostávajú populárne, v najbližších rokoch dôjde k väčšiemu posunu smerom k hybridnej aditívnej/subtraktívnej metóde. Očakáva sa, že do roku 2027 porastie zloženou ročnou mierou rastu (CAGR) na úrovni 14,8 percenta.1Trh s hybridnými aditívnymi výrobnými strojmi je pripravený uspokojiť rastúci dopyt zákazníkov. Aby sa výrobcovia prekonali konkurenciou, mali by zvážiť výhody a nevýhody hybridnej metódy pre svoje prevádzky. Vďaka schopnosti vyrábať diely podľa potreby a výrazne znížiť uhlíkovú stopu ponúka hybridný aditívny/subtraktívny proces niekoľko atraktívnych výhod. Bez ohľadu na to by sa nemali prehliadať pokročilé technológie pre tieto procesy a mali by sa implementovať vo výrobných halách, aby sa uľahčila vyššia produktivita a kvalita výrobkov.
Čas uverejnenia: 13. augusta 2021
