Servomoottorit ja robotit mullistavat additiivisia sovelluksia. Opi uusimmat vinkit ja sovellukset robottiautomaation ja edistyneen liikkeenohjauksen käyttöönottoon additiivisessa ja substraktiivisessa valmistuksessa sekä tulevaisuuden näkymät: mieti hybridi-additiivisia/substraktiivisia menetelmiä.
AUTOMAATION EDISTÄMINEN
Kirjailija Sarah Mellish ja RoseMary Burns
Tehomuunnoslaitteiden, liikkeenohjausteknologian, erittäin joustavien robottien ja muiden edistyneiden teknologioiden eklektisen yhdistelmän käyttöönotto on ajanut uusien valmistusprosessien nopeaa kasvua teollisuudessa. Lisäaine- ja subtraktiivinen valmistus ovat kaksi hyvää esimerkkiä siitä, miten prototyyppejä, osia ja tuotteita valmistetaan. Ne ovat mullistaneet prototyyppien, osien ja tuotteiden valmistustavan ja tarjonneet tehokkuutta ja kustannussäästöjä valmistajille, jotka pyrkivät pysymään kilpailukykyisinä.
3D-tulostukseksi kutsuttu lisäainevalmistus (AM) on epäperinteinen menetelmä, jossa yleensä hyödynnetään digitaalista suunnitteludataa kiinteiden kolmiulotteisten objektien luomiseen yhdistämällä materiaaleja kerros kerrokselta alhaalta ylöspäin. Usein lähes verkkomuotoisia (NNS) osia valmistetaan ilman jätettä, ja AM:n käyttö sekä perus- että monimutkaisissa tuotesuunnitteluissa on edelleen levinnyt teollisuudelle, kuten autoteollisuudelle, ilmailu- ja avaruusteollisuudelle, energiateollisuudelle, lääketieteelle, kuljetukselle ja kuluttajatuotteille. Sitä vastoin subtraktiivinen prosessi tarkoittaa osien poistamista materiaalikappaleesta erittäin tarkalla leikkauksella tai koneistuksella 3D-tuotteen luomiseksi.
Keskeisistä eroistaan huolimatta additiiviset ja subtraktiiviset prosessit eivät aina sulje pois toisiaan – niitä voidaan käyttää täydentämään tuotekehityksen eri vaiheita. Varhainen konseptimalli tai prototyyppi luodaan usein additiivisella prosessilla. Kun tuote on valmis, saatetaan tarvita suurempia eriä, mikä avaa oven substraktiiviselle valmistukselle. Viime aikoina, kun aika on kortilla, käytetään hybridi-additiivisia/subtraktiivisia menetelmiä esimerkiksi vaurioituneiden/kuluneiden osien korjaamiseen tai laadukkaiden osien luomiseen lyhyemmällä läpimenoajalla.
AUTOMATISOI EDELLEEN
Vastatakseen tiukkoihin asiakasvaatimuksiin valmistajat integroivat osien valmistukseen erilaisia lankamateriaaleja, kuten ruostumatonta terästä, nikkeliä, kobolttia, kromia, titaania, alumiinia ja muita erilaisia metalleja, alkaen pehmeästä mutta vahvasta alustasta ja viimeistellen kovalla, kulutusta kestävällä komponentilla. Osittain tämä on paljastanut tarpeen korkean suorituskyvyn ratkaisuille, joilla parannetaan tuottavuutta ja laatua sekä additiivisessa että substraktiivisessa valmistusympäristössä, erityisesti silloin, kun kyseessä ovat esimerkiksi lankakaarilisäainevalmistus (WAAM), WAAM-substraktiivinen, laserpinnoitus-substraktiivinen tai koristelu. Kohokohtia ovat:
- Edistynyt servotekniikka:Jotta markkinoilletuloaikatavoitteet ja asiakkaiden suunnitteluvaatimukset, kuten mittatarkkuus ja viimeistelyn laatu, voidaan saavuttaa paremmin, loppukäyttäjät kääntyvät edistyneiden 3D-tulostimien puoleen, joissa on servojärjestelmät (askelmoottoreiden sijaan) optimaalisen liikkeenohjauksen saavuttamiseksi. Servomoottoreiden, kuten Yaskawan Sigma-7:n, edut kääntävät lisäaineprosessin päälaelleen ja auttavat valmistajia voittamaan yleisiä ongelmia tulostimen tehostamisominaisuuksien avulla:
- Tärinänvaimennus: Kestävissä servomoottoreissa on tärinänvaimennussuodattimet sekä resonanssinvastaiset ja lovisuodattimet, jotka tuottavat erittäin tasaisen liikkeen ja poistavat askelmoottorin vääntömomentin aaltoilun aiheuttamat visuaalisesti epämiellyttävät porrastetut linjat.
- Nopeuden parannus: 350 mm/s tulostusnopeus on nyt totta, yli kaksinkertaistaen askelmoottorilla varustetun 3D-tulostimen keskimääräisen tulostusnopeuden. Vastaavasti jopa 1 500 mm/s siirtonopeus voidaan saavuttaa pyörivällä tekniikalla tai jopa 5 metriä/s lineaarisella servotekniikalla. Erittäin nopea kiihtyvyys, jonka tarjoavat tehokkaat servomoottorit, mahdollistaa 3D-tulostuspäiden siirtämisen oikeisiin paikkoihin nopeammin. Tämä vähentää merkittävästi tarvetta hidastaa koko järjestelmää halutun lopputuloksen saavuttamiseksi. Lisäksi tämä liikkeenohjauksen päivitys tarkoittaa myös sitä, että loppukäyttäjät voivat valmistaa enemmän osia tunnissa laadusta tinkimättä.
- Automaattinen viritys: servojärjestelmät voivat suorittaa itsenäisesti oman mukautetun virityksen, mikä mahdollistaa sopeutumisen tulostimen mekaniikan muutoksiin tai tulostusprosessin vaihteluihin. 3D-askelmoottorit eivät käytä asentopalautetta, joten prosessien muutosten tai mekaniikan eroavaisuuksien kompensointi on lähes mahdotonta.
- Enkooderin takaisinkytkentä: Kestävät servojärjestelmät, jotka tarjoavat absoluuttisen enkooderin takaisinkytkennän, tarvitsevat itseajoajoa vain kerran, mikä pidentää käyttöaikaa ja säästöjä. Askelmoottoritekniikkaa käyttävistä 3D-tulostimista puuttuu tämä ominaisuus, ja ne on ajettava itseajo ...
- Palauteanturi: 3D-tulostimen ekstruuderi voi usein olla pullonkaula tulostusprosessissa, eikä askelmoottorilla ole takaisinkytkentäanturikykyä havaita ekstruuderin jumiutumista – puute, joka voi johtaa koko tulostustyön epäonnistumiseen. Tämän vuoksi servojärjestelmät voivat havaita ekstruuderin jumiutumisen ja estää filamenttien katkeamisen. Erinomaisen tulostustehon avain on suljetun silmukan järjestelmä, joka keskittyy korkean resoluution optiseen enkooderiin. Servomoottorit, joissa on 24-bittinen absoluuttinen korkean resoluution enkooderi, voivat tarjota 16 777 216 bittiä suljetun silmukan takaisinkytkentäresoluutiota, mikä parantaa akselin ja ekstruuderin tarkkuutta sekä synkronointia ja tukosten estoa.
- Suorituskykyiset robotit:Aivan kuten kestävät servomoottorit mullistavat lisäainesovelluksia, niin tekevät myös robotit. Niiden erinomainen rataominaisuudet, jäykkä mekaaninen rakenne ja korkea pölysuojausluokka (IP) – yhdistettynä edistyneeseen tärinänvaimennukseen ja moniakseliseen toimintaan – tekevät erittäin joustavista kuusiakselisista roboteista ihanteellisen vaihtoehdon 3D-tulostimien käyttöön liittyviin vaativiin prosesseihin sekä keskeisiin toimiin subtraktiivisessa valmistuksessa ja hybridiadditiivisissa/subtraktiivisissa menetelmissä.
3D-tulostimia täydentävä robottiautomaatio kattaa laajalti tulostettujen osien käsittelyn usean koneen asennuksissa. Yksittäisten osien purkamisesta tulostuskoneesta osien erottamiseen moniosaisen tulostussyklin jälkeen, erittäin joustavat ja tehokkaat robotit optimoivat toimintoja suuremman läpimenon ja tuottavuuden saavuttamiseksi.
Perinteisessä 3D-tulostuksessa robotit ovat hyödyllisiä jauheen hallinnassa, tulostinjauheen täyttämisessä tarvittaessa ja jauheen poistamisessa valmiista osista. Samoin muut metallien valmistuksessa suositut osien viimeistelytehtävät, kuten hionta, kiillotus, purseenpoisto tai leikkaus, on helppo suorittaa. Laaduntarkastukseen sekä pakkaus- ja logistiikkatarpeisiin vastataan myös robotiikkateknologialla, mikä vapauttaa valmistajat keskittymään korkeamman jalostusarvon työhön, kuten mittatilaustyönä tehtyyn valmistukseen.
Suurempia työkappaleita varten pitkän ulottuvuuden teollisuusrobotteja varustetaan siirtämään suoraan 3D-tulostimen suulakepuristuspäätä. Nämä yhdessä oheistyökalujen, kuten pyörivien jalustojen, paikoituslaitteiden, lineaarikiskojen, portaalien ja muiden kanssa tarjoavat työtilan, jota tarvitaan tilallisten vapaamuotoisten rakenteiden luomiseen. Klassisen nopean prototyyppien valmistuksen lisäksi robotteja käytetään suurten volyymien vapaamuotoisten osien, muottien, 3D-muotoisten ristikkorakenteiden ja suurikokoisten hybridiosien valmistukseen. - Moniakseliset koneenohjaimet:Innovatiivinen teknologia jopa 62 liikeakselin yhdistämiseen yhdessä ympäristössä mahdollistaa nyt laajan valikoiman teollisuusrobotteja, servojärjestelmiä ja taajuusmuuttajia, joita käytetään additiivisissa, substraktiivisissa ja hybridiprosesseissa. Kokonainen laiteperhe voi nyt toimia saumattomasti yhdessä PLC:n (Programmable Logic Controller) tai IEC-koneohjaimen, kuten MP3300iec:n, täydellisen ohjauksen ja valvonnan alaisena. Usein dynaamisella 61131 IEC -ohjelmistopaketilla, kuten MotionWorks IEC:llä, ohjelmoidut ammattimaiset alustat hyödyntävät tuttuja työkaluja (esim. RepRap G-koodit, toimintolohkokaaviot, strukturoidut tekstit, tikapuukaaviot jne.). Helpon integroinnin ja koneen käyttöajan optimoimiseksi mukana on valmiita työkaluja, kuten alustan tasauskompensointi, ekstruuderin paineen etenemisen säätö, useiden karojen ja ekstruuderin ohjaus.
- Edistyneet valmistuskäyttöliittymät:Erilaiset ohjelmistopaketit ovat erittäin hyödyllisiä 3D-tulostuksen, muotoleikkauksen, työstökoneiden ja robotiikan sovelluksissa, ja ne voivat nopeasti tarjota helposti mukautettavan graafisen koneen käyttöliittymän, mikä tarjoaa polun suurempaan monipuolisuuteen. Luovuus ja optimointi mielessä suunnitellut intuitiiviset alustat, kuten Yaskawa Compass, mahdollistavat valmistajien brändätä ja helposti mukauttaa näyttöjä. Koneen keskeisten ominaisuuksien sisällyttämisestä asiakkaiden tarpeiden täyttämiseen ohjelmointia tarvitaan vain vähän – koska nämä työkalut tarjoavat laajan kirjaston valmiita C#-laajennuksia tai mahdollistavat mukautettujen laajennusten tuonnin.
NOUSE YLÄPUOLELLE
Vaikka yksittäisadditiiviset ja vähennyslaskumenetelmät ovat edelleen suosittuja, suurempi siirtyminen kohti hybridiadditiivista/vähennyslaskumenetelmää tapahtuu lähivuosina. Kasvun odotetaan olevan 14,8 prosenttia vuotuisella yhdistetyllä kasvuvauhdilla (CAGR) vuoteen 2027 mennessä.1Hybridi-lisäainevalmistuskoneiden markkinat ovat valmiita vastaamaan kehittyviin asiakasvaatimuksiin. Kilpailijoiden yläpuolelle noustakseen valmistajien tulisi punnita hybridimenetelmän hyviä ja huonoja puolia toimintansa kannalta. Hybridi-lisäaine-/vähennysprosessi tarjoaa houkuttelevia etuja, sillä se mahdollistaa osien valmistuksen tarpeen mukaan ja vähentää hiilijalanjälkeä merkittävästi. Näiden prosessien edistyneitä teknologioita ei kuitenkaan pidä unohtaa, ja ne tulisi ottaa käyttöön tehtaan lattialla tuottavuuden ja tuotteiden laadun parantamiseksi.
Julkaisun aika: 13. elokuuta 2021
