Серводвигуни та роботи трансформують адитивні застосування. Дізнайтеся про найновіші поради та застосування щодо впровадження роботизованої автоматизації та вдосконаленого керування рухом для адитивного та субтрактивного виробництва, а також про те, що буде далі: подумайте про гібридні адитивно-субтрактивні методи.
РОЗВИТОК АВТОМАТИЗАЦІЇ
Сара Мелліш та РоузМері Бернс
Впровадження пристроїв перетворення енергії, технології керування рухом, надзвичайно гнучких роботів та еклектичного поєднання інших передових технологій є рушійними факторами швидкого розвитку нових виробничих процесів у промисловому ландшафті. Адитивне та субтрактивне виробництво, що революціонізує спосіб виготовлення прототипів, деталей та виробів, є двома яскравими прикладами того, що забезпечило ефективність та економію коштів, яких прагнуть виробники, щоб залишатися конкурентоспроможними.
Адитивне виробництво (АД), яке називають 3D-друком, – це нетрадиційний метод, який зазвичай використовує цифрові дані проектування для створення твердих тривимірних об'єктів шляхом шарового злиття матеріалів знизу вгору. Часто виготовляючи деталі майже чистої форми (NNS) без відходів, АД продовжує проникати в такі галузі, як автомобільна, аерокосмічна, енергетична, медична, транспортна та споживчі товари. Навпаки, субтрактивний процес передбачає видалення секцій з блоку матеріалу шляхом високоточної різання або механічної обробки для створення 3D-продукту.
Незважаючи на ключові відмінності, адитивний та субтрактивний процеси не завжди є взаємовиключними, оскільки вони можуть бути використані для доповнення різних етапів розробки продукту. Рання концептуальна модель або прототип часто створюється за допомогою адитивного процесу. Після того, як продукт буде завершено, можуть знадобитися більші партії, що відкриває шлях до субтрактивного виробництва. Останнім часом, коли час має вирішальне значення, гібридні адитивно-субтрактивні методи застосовуються для таких речей, як ремонт пошкоджених/зношених деталей або створення якісних деталей з меншим часом виконання замовлення.
АВТОМАТИЗАЦІЯ ПЕРЕСИЛАННЯ
Щоб задовольнити суворі вимоги клієнтів, виробники інтегрують у конструкцію своїх деталей низку дротяних матеріалів, таких як нержавіюча сталь, нікель, кобальт, хром, титан, алюміній та інші різнорідні метали, починаючи з м'якої, але міцної основи та закінчуючи твердим, зносостійким компонентом. Частково це виявило потребу у високопродуктивних рішеннях для підвищення продуктивності та якості як в адитивному, так і в субтрактивному виробництві, особливо коли йдеться про такі процеси, як адитивне виробництво дротовою дугою (WAAM), субтрактивне WAAM, лазерне плакування-субтрактивне або декорування. Основні моменти включають:
- Передова сервотехнологія:Щоб краще врахувати цілі щодо часу виходу на ринок та вимоги замовника щодо дизайну, що стосуються точності розмірів та якості обробки, кінцеві користувачі звертаються до передових 3D-принтерів із сервосистемами (замість крокових двигунів) для оптимального керування рухом. Переваги серводвигунів, таких як Sigma-7 від Yaskawa, перевертають адитивний процес з ніг на голову, допомагаючи виробникам долати поширені проблеми завдяки можливостям покращення принтера:
- Придушення вібрації: надійні серводвигуни оснащені фільтрами придушення вібрації, а також антирезонансними та режекторними фільтрами, що забезпечує надзвичайно плавний рух, який може усунути візуально неприємні ступінчасті лінії, спричинені пульсаціями крутного моменту крокового двигуна.
- Підвищення швидкості: швидкість друку 350 мм/с тепер є реальністю, що більш ніж удвічі перевищує середню швидкість друку 3D-принтера, що використовує кроковий двигун. Аналогічно, швидкість переміщення до 1500 мм/с може бути досягнута за допомогою роторного приводу або до 5 метрів/с за допомогою лінійної сервотехнології. Надзвичайно швидке прискорення, що забезпечується високопродуктивними сервоприводами, дозволяє 3D-друкувальним головкам швидше переміщуватися в потрібні положення. Це значною мірою зменшує необхідність уповільнювати всю систему для досягнення бажаної якості обробки. Згодом, це вдосконалення в управлінні рухом також означає, що кінцеві користувачі можуть виготовляти більше деталей на годину без шкоди для якості.
- Автоматичне налаштування: сервосистеми можуть самостійно виконувати власне налаштування, що дозволяє адаптуватися до змін у механіці принтера або відхилень у процесі друку. 3D-крокові двигуни не використовують зворотний зв'язок по положенню, що робить практично неможливою компенсацію змін у процесах або відхилень у механіці.
- Зворотний зв'язок від енкодера: надійні сервосистеми, що пропонують абсолютний зворотний зв'язок від енкодера, потребують лише одного виконання процедури повернення до початкового положення, що призводить до збільшення часу безвідмовної роботи та економії коштів. 3D-принтери, що використовують технологію крокових двигунів, не мають цієї функції та потребують повернення до початкового положення щоразу після ввімкнення.
- Зчитування зворотного зв'язку: екструдер 3D-принтера часто може бути вузьким місцем у процесі друку, а кроковий двигун не має здатності зчитування зворотного зв'язку для виявлення заклинювання екструдера — дефіциту, який може призвести до зриву всього завдання друку. З огляду на це, сервосистеми можуть виявляти застрягання екструдера та запобігати зриву нитки. Ключем до високої продуктивності друку є наявність замкнутої системи, зосередженої навколо оптичного енкодера високої роздільної здатності. Серводвигуни з 24-бітним абсолютним енкодером високої роздільної здатності можуть забезпечити 16 777 216 біт роздільної здатності зворотного зв'язку замкнутого циклу для більшої точності осей та екструдера, а також синхронізації та захисту від заклинювання.
- Високопродуктивні роботи:Так само, як надійні серводвигуни трансформують адитивні застосування, так само трансформують і роботи. Їхня чудова траєкторія руху, жорстка механічна структура та високий рівень захисту від пилу (IP) — у поєднанні з передовим антивібраційним контролем та багатоосьовими можливостями — роблять високогнучких шестиосьових роботів ідеальним варіантом для вимогливих процесів, пов'язаних з використанням 3D-принтерів, а також ключових дій для субтрактивного виробництва та гібридних адитивно-субтрактивних методів.
Роботизована автоматизація, що доповнює 3D-друкарські машини, широко передбачає обробку надрукованих деталей у багатоверстатних установках. Від вивантаження окремих деталей з друкарської машини до розділення деталей після циклу багаточастинкового друку, високогнучкі та ефективні роботи оптимізують операції для збільшення пропускної здатності та підвищення продуктивності.
У традиційному 3D-друку роботи допомагають у керуванні порошком, заправляючи його за потреби та видаляючи його з готових деталей. Аналогічно, інші завдання з обробки деталей, популярні в металообробці, такі як шліфування, полірування, видалення задирок або різання, легко виконуються. Роботизовані технології також безпосередньо задовольняють потреби в контролі якості, а також потреби в упаковці та логістиці, що дозволяє виробникам зосередити свій час на роботі з вищою доданою вартістю, такій як виготовлення на замовлення.
Для обробки більших заготовок промислові роботи з великим радіусом дії оснащуються для безпосереднього переміщення екструзійної головки 3D-принтера. Це, разом з периферійними інструментами, такими як обертові основи, позиціонери, лінійні напрямні, портали тощо, забезпечує робочий простір, необхідний для створення просторових структур вільної форми. Окрім класичного швидкого прототипування, роботи використовуються для виготовлення великогабаритних деталей вільної форми, прес-форм, 3D-формованих фермових конструкцій та великоформатних гібридних деталей. - Багатоосьові контролери верстатів:Інноваційна технологія підключення до 62 осей руху в одному середовищі тепер робить можливою мультисинхронізацію широкого спектру промислових роботів, сервосистем та частотно-регульованих приводів, що використовуються в адитивних, субтрактивних та гібридних процесах. Ціле сімейство пристроїв тепер може безперебійно працювати разом під повним контролем та моніторингом ПЛК (програмованого логічного контролера) або контролера IEC, такого як MP3300iec. Професійні платформи, такі як ця, часто програмуються за допомогою динамічного програмного пакета 61131 IEC, такого як MotionWorks IEC, і використовують знайомі інструменти (наприклад, G-коди RepRap, схеми функціональних блоків, структурований текст, сходиночні діаграми тощо). Для полегшення інтеграції та оптимізації часу безвідмовної роботи машини включені готові інструменти, такі як компенсація вирівнювання платформи, керування тиском екструдера, керування кількома шпинделями та екструдером.
- Розширені інтерфейси користувача для виробництва:Різноманітні програмні пакети, що є надзвичайно корисними для застосувань у 3D-друку, фігурному різанні, верстатному обладнанні та робототехніці, можуть швидко забезпечити простий у налаштуванні графічний інтерфейс машини, що відкриває шлях до більшої універсальності. Розроблені з урахуванням креативності та оптимізації, інтуїтивно зрозумілі платформи, такі як Yaskawa Compass, дозволяють виробникам брендувати та легко налаштовувати екрани. Від включення основних атрибутів машини до задоволення потреб клієнтів, потрібно мало програмування, оскільки ці інструменти надають велику бібліотеку попередньо створених плагінів C# або дозволяють імпортувати власні плагінів.
ПІДНІМІТЬСЯ ВЕРХУ
Хоча одноадитивний та субтрактивний методи залишаються популярними, протягом наступних кількох років відбудеться більший зсув у бік гібридного адитивно-субтрактивного методу. Очікується, що до 2027 року складний річний темп зростання (CAGR) становитиме 14,8 відсотка.1Ринок гібридного адитивного виробничого обладнання готовий задовольнити зростаючий попит клієнтів. Щоб випередити конкурентів, виробники повинні зважити всі за та проти гібридного методу для своєї діяльності. Завдяки можливості виробляти деталі за потреби, що значно зменшує викиди вуглецю, гібридний адитивно-віднімальний процес пропонує деякі привабливі переваги. Незважаючи на це, не слід ігнорувати передові технології для цих процесів, і їх слід впроваджувати у виробничих цехах для сприяння підвищенню продуктивності та якості продукції.
Час публікації: 13 серпня 2021 р.
