Серво моторите и роботите трансформират адитивните приложения. Научете най-новите съвети и приложения при внедряване на роботизирана автоматизация и усъвършенствано управление на движението за адитивно и субтрактивно производство, както и какво следва: помислете за хибридни адитивни/субтрактивни методи.
НАПРЕДНАЛА АВТОМАТИЗАЦИЯ
От Сара Мелиш и РоузМери Бърнс
Въвеждането на устройства за преобразуване на енергия, технологии за управление на движението, изключително гъвкави роботи и еклектична комбинация от други съвременни технологии са движещи фактори за бързия растеж на новите производствени процеси в индустриалния пейзаж. Революционизирайки начина, по който се произвеждат прототипи, части и продукти, адитивното и субтрактивното производство са два основни примера, които осигуряват ефективност и спестяване на разходи, които производителите се стремят да останат конкурентоспособни.
Наричано още 3D печат, адитивното производство (AM) е нетрадиционен метод, който обикновено използва цифрови дизайнерски данни за създаване на солидни триизмерни обекти чрез сливане на материали слой по слой отдолу нагоре. Често произвеждайки части с почти неточна форма (NNS) без отпадъци, използването на AM както за основни, така и за сложни продуктови дизайни продължава да прониква в индустрии като автомобилната, аерокосмическата, енергийната, медицинската, транспортната и потребителските продукти. Напротив, субтрактивният процес включва премахване на секции от блок материал чрез високопрецизно рязане или машинна обработка, за да се създаде 3D продукт.
Въпреки ключовите разлики, адитивните и субтрактивните процеси не винаги са взаимно изключващи се, тъй като могат да се използват за допълване на различни етапи от разработването на продукта. Ранен концептуален модел или прототип често се създава чрез адитивния процес. След като продуктът бъде финализиран, може да са необходими по-големи партиди, което отваря вратата към субтрактивното производство. Напоследък, където времето е от съществено значение, се прилагат хибридни адитивни/субтрактивни методи за неща като ремонт на повредени/износени части или създаване на качествени части с по-кратко време за изпълнение.
АВТОМАТИЗИРАНЕ НАПРЕД
За да отговорят на строгите изисквания на клиентите, производителите интегрират гама от телени материали като неръждаема стомана, никел, кобалт, хром, титан, алуминий и други различни метали в конструкцията на своите части, започвайки с мека, но здрава основа и завършвайки с твърда, износоустойчива компонента. Отчасти това разкри необходимостта от високопроизводителни решения за по-голяма производителност и качество както в адитивни, така и в субтрактивни производствени среди, особено когато става въпрос за процеси като адитивно производство с телена дъга (WAAM), WAAM-субтрактивно, лазерно плакиране-субтрактивно или декориране. Акцентите включват:
- Усъвършенствана серво технология:За да се справят по-добре с целите за време за пускане на пазара и спецификациите на дизайна на клиентите, що се отнася до прецизността на размерите и качеството на завършване, крайните потребители се обръщат към усъвършенствани 3D принтери със серво системи (вместо стъпкови двигатели) за оптимален контрол на движението. Предимствата на серво двигателите, като например Sigma-7 на Yaskawa, преобръщат адитивния процес с главата надолу, помагайки на производителите да преодолеят често срещани проблеми чрез възможности за ускоряване на принтера:
- Потискане на вибрациите: здравите серво мотори разполагат с филтри за потискане на вибрациите, както и с антирезонансни и прорезни филтри, което осигурява изключително плавно движение, елиминиращо визуално неприятните стъпаловидни линии, причинени от пулсациите на въртящия момент на стъпковия мотор.
- Повишаване на скоростта: скоростта на печат от 350 мм/сек вече е реалност, което е повече от два пъти по-висока от средната скорост на печат на 3D принтер, използващ стъпков двигател. По подобен начин, скорост на движение до 1500 мм/сек може да се постигне с помощта на ротационна или до 5 метра/сек с помощта на линейна серво технология. Изключително бързото ускорение, осигурено от високопроизводителни сервомотори, позволява на 3D печатащите глави да се преместват в правилните им позиции по-бързо. Това значително облекчава необходимостта от забавяне на цялата система, за да се достигне желаното качество на финала. Впоследствие, това подобрение в управлението на движението означава също, че крайните потребители могат да произвеждат повече части на час, без да жертват качеството.
- Автоматична настройка: серво системите могат самостоятелно да извършват своя собствена персонализирана настройка, което позволява адаптирането към промени в механиката на принтера или отклонения в процеса на печат. 3D стъпковите двигатели не използват обратна връзка за позицията, което прави почти невъзможно компенсирането на промени в процесите или несъответствия в механиката.
- Обратна връзка от енкодера: надеждните серво системи, които предлагат абсолютна обратна връзка от енкодера, трябва да изпълнят процедура за връщане в начална позиция само веднъж, което води до по-голяма работоспособност и икономии на разходи. 3D принтерите, които използват технология със стъпкови двигатели, нямат тази функция и трябва да се връщат в начална позиция всеки път, когато се включат.
- Обратна връзка: екструдерът на 3D принтер често може да бъде пречка в процеса на печат, а стъпковият двигател няма способността за обратна връзка, за да открие задръстване на екструдера - дефицит, който може да доведе до провал на цяла задача за печат. Имайки това предвид, серво системите могат да откриват запушвания на екструдера и да предотвратяват отлепване на нишките. Ключът към превъзходната производителност при печат е наличието на система със затворен контур, центрирана около оптичен енкодер с висока резолюция. Серво двигателите с 24-битов абсолютен енкодер с висока резолюция могат да осигурят 16 777 216 бита резолюция за обратна връзка със затворен контур за по-голяма точност на осите и екструдера, както и синхронизация и защита от задръстване.
- Високопроизводителни роботи:Точно както здравите серво мотори трансформират адитивните приложения, така и роботите. Тяхната отлична производителност по траекторията, твърдата механична структура и високите степени на прахозащита (IP) – в комбинация с усъвършенстван антивибрационен контрол и многоосни възможности – правят високогъвкавите шестосни роботи идеален вариант за взискателните процеси, свързани с използването на 3D принтери, както и ключови действия за субтрактивното производство и хибридните адитивно/субтрактивни методи.
Роботизираната автоматизация, допълваща 3D печатащите машини, широко обхваща обработката на отпечатани части в многомашинни инсталации. От разтоварването на отделни части от печатащата машина до отделянето им след цикъл на многокомпонентен печат, високогъвкавите и ефективни роботи оптимизират операциите за по-голяма производителност и производителност.
При традиционния 3D печат, роботите са полезни при управлението на праха, пълненето на прах за принтер, когато е необходимо, и отстраняването му от готовите части. По подобен начин, други задачи за довършителни работи, популярни при металообработката, като шлайфане, полиране, обезкостяване или рязане, се изпълняват лесно. Контролът на качеството, както и нуждите от опаковане и логистика също се задоволяват директно с роботизирана технология, освобождавайки производителите да съсредоточат времето си върху работа с по-висока добавена стойност, като например изработка по поръчка.
За по-големи детайли, индустриалните роботи с дълъг обхват се оборудват директно с екструдираща глава на 3D принтер. Това, заедно с периферни инструменти като въртящи се основи, позиционери, линейни релси, портали и други, осигурява работното пространство, необходимо за създаване на пространствени структури със свободна форма. Освен класическото бързо прототипиране, роботите се използват за изработката на части със свободна форма с голям обем, форми за матрици, 3D-образни фермени конструкции и хибридни части с голям формат. - Многоосни машинни контролери:Иновативната технология за свързване на до 62 оси на движение в една среда вече прави възможна мултисинхронизацията на широка гама от индустриални роботи, серво системи и честотни задвижвания, използвани в адитивните, субтрактивните и хибридните процеси. Цяло семейство устройства вече може да работи безпроблемно заедно под пълния контрол и мониторинг на PLC (Програмируем логически контролер) или IEC машинен контролер, като например MP3300iec. Често програмирани с динамичен софтуерен пакет 61131 IEC, като MotionWorks IEC, професионални платформи като тази използват познати инструменти (т.е. RepRap G-кодове, функционални блокови схеми, структуриран текст, стълбична диаграма и др.). За да се улесни лесната интеграция и да се оптимизира времето за работа на машината, са включени готови инструменти като компенсация на нивелирането на леглото, управление на налягането на екструдера, управление на множество шпиндели и екструдер.
- Потребителски интерфейси за усъвършенствано производство:Разнообразните софтуерни пакети, изключително полезни за приложения в 3D печата, рязане на форми, машинни инструменти и роботика, могат бързо да осигурят лесен за персонализиране графичен машинен интерфейс, осигурявайки път към по-голяма гъвкавост. Проектирани с мисъл за креативност и оптимизация, интуитивните платформи, като Yaskawa Compass, позволяват на производителите лесно да брандират и персонализират екраните. От включването на основни атрибути на машината до задоволяването на нуждите на клиентите, е необходимо малко програмиране - тъй като тези инструменти предоставят обширна библиотека от предварително изградени C# плъгини или позволяват импортиране на персонализирани плъгини.
ИЗДИГНИ СЕ НАД
Въпреки че единичните адитивни и субтрактивни методи остават популярни, през следващите няколко години ще настъпи по-голяма промяна към хибридния адитивно-субтрактивен метод. Очаква се растежът да нарасне със сложен годишен темп на растеж (CAGR) от 14,8% до 2027 г.1Пазарът на хибридни машини за адитивно производство е готов да отговори на нарастващото търсене на клиентите. За да се издигнат над конкуренцията, производителите трябва да преценят плюсовете и минусите на хибридния метод за своите операции. С възможността да произвеждат части според нуждите, което води до значително намаляване на въглеродния отпечатък, хибридният адитивно-изваждащ процес предлага някои атрактивни предимства. Независимо от това, съвременните технологии за тези процеси не бива да се пренебрегват и трябва да се внедряват в производствените цехове, за да се улесни по-висока производителност и качество на продукта.
Време на публикуване: 13 август 2021 г.
