Servomotori un roboti pārveido aditīvo ražošanu. Uzziniet jaunākos padomus un pielietojumus, ieviešot robotizētu automatizāciju un progresīvu kustības vadību aditīvajā un subtraktīvajā ražošanā, kā arī to, kas gaidāms nākotnē: padomājiet par hibrīdām aditīvajām/subtraktīvajām metodēm.
AUTOMATIZĀCIJAS UZLABOŠANA
Autore: Sāra Meliša un Rouza Marija Bērnsa
Jaudas pārveidošanas ierīču, kustības vadības tehnoloģiju, ārkārtīgi elastīgu robotu un citu progresīvu tehnoloģiju eklektiska sajaukuma ieviešana ir virzītājspēki jaunu ražošanas procesu straujai izaugsmei visā rūpniecības ainavā. Aditīvā un subtraktīvā ražošana, kas revolucionizē prototipu, detaļu un produktu ražošanas veidu, ir divi spilgti piemēri, kas ir nodrošinājuši efektivitāti un izmaksu ietaupījumus, lai ražotāji saglabātu konkurētspēju.
Aditīvā ražošana (AM), ko dēvē par 3D drukāšanu, ir netradicionāla metode, kas parasti izmanto digitālos dizaina datus, lai izveidotu cietus trīsdimensiju objektus, sakausējot materiālus slāni pa slānim no apakšas uz augšu. Bieži vien, izgatavojot gandrīz neto formas (NNS) detaļas bez atkritumiem, AM izmantošana gan vienkāršu, gan sarežģītu produktu dizainā turpina izplatīties tādās nozarēs kā autobūve, kosmosa rūpniecība, enerģētika, medicīna, transports un patēriņa preces. Turpretī subtraktīvais process ietver sekciju noņemšanu no materiāla bloka, veicot augstas precizitātes griešanu vai apstrādi, lai izveidotu 3D produktu.
Neskatoties uz galvenajām atšķirībām, aditīvie un subtraktīvie procesi ne vienmēr ir savstarpēji izslēdzoši, jo tos var izmantot, lai papildinātu dažādus produkta izstrādes posmus. Agrīns koncepcijas modelis vai prototips bieži tiek izveidots, izmantojot aditīvo procesu. Kad produkts ir pabeigts, var būt nepieciešamas lielākas partijas, kas paver durvis subtraktīvai ražošanai. Pavisam nesen, kad laiks ir ļoti svarīgs, hibrīdas aditīvās/subtratīvās metodes tiek izmantotas tādām lietām kā bojātu/nolietotu detaļu remonts vai kvalitatīvu detaļu izveide ar īsāku izpildes laiku.
AUTOMATIZĒT PĀRSŪTĪT
Lai apmierinātu stingrās klientu prasības, ražotāji detaļu konstrukcijās integrē dažādus stiepļu materiālus, piemēram, nerūsējošo tēraudu, niķeli, kobaltu, hromu, titānu, alumīniju un citus atšķirīgus metālus, sākot ar mīkstu, bet izturīgu substrātu un beidzot ar cietu, nodilumizturīgu komponentu. Daļēji tas ir atklājis nepieciešamību pēc augstas veiktspējas risinājumiem, lai nodrošinātu lielāku produktivitāti un kvalitāti gan aditīvajā, gan subtratīvajā ražošanas vidē, īpaši tādos procesos kā stiepļu loka aditīvā ražošana (WAAM), WAAM subtratīvā, lāzera apšuvuma subtratīvā vai dekoratīvā ražošana. Svarīgākie aspekti:
- Uzlabota servo tehnoloģija:Lai labāk sasniegtu tirgū nonākšanas laika mērķus un klientu dizaina specifikācijas, kas attiecas uz izmēru precizitāti un apdares kvalitāti, gala lietotāji pievēršas moderniem 3D printeriem ar servo sistēmām (nevis soļu motoriem), lai nodrošinātu optimālu kustības kontroli. Servo motoru, piemēram, Yaskawa Sigma-7, priekšrocības apgriež aditīvo procesu kājām gaisā, palīdzot ražotājiem pārvarēt bieži sastopamas problēmas, izmantojot printera veiktspējas uzlabošanas iespējas:
- Vibrāciju slāpēšana: izturīgie servomotori lepojas ar vibrāciju slāpēšanas filtriem, kā arī pretrezonanses un iecirtuma filtriem, kas nodrošina ārkārtīgi vienmērīgu kustību, kura var novērst vizuāli nepatīkamās pakāpienveida līnijas, ko rada soļu motora griezes momenta pulsācija.
- Ātruma palielināšana: drukas ātrums 350 mm/s tagad ir realitāte, vairāk nekā divas reizes pārsniedzot 3D printera vidējo drukas ātrumu, izmantojot soļu motoru. Līdzīgi, izmantojot rotācijas tehnoloģiju, var sasniegt pārvietošanās ātrumu līdz 1500 mm/s, vai lineārās servo tehnoloģijas palīdzību — līdz 5 metriem/s. Augstas veiktspējas servo nodrošinātā ārkārtīgi lielā paātrinājuma spēja ļauj 3D drukas galviņas ātrāk pārvietot pareizajās pozīcijās. Tas ievērojami samazina nepieciešamību palēnināt visu sistēmu, lai sasniegtu vēlamo apdares kvalitāti. Līdz ar to šis kustības vadības uzlabojums nozīmē arī to, ka lietotāji var izgatavot vairāk detaļu stundā, nezaudējot kvalitāti.
- Automātiska regulēšana: servo sistēmas var patstāvīgi veikt savu pielāgoto regulēšanu, kas ļauj pielāgoties printera mehānikas izmaiņām vai drukas procesa atšķirībām. 3D soļu motori neizmanto pozīcijas atgriezenisko saiti, tāpēc ir gandrīz neiespējami kompensēt procesu izmaiņas vai mehānikas neatbilstības.
- Kodētāja atgriezeniskā saite: izturīgām servo sistēmām, kas piedāvā absolūto kodētāja atgriezenisko saiti, ir jāveic sākuma stāvokļa iestatīšana tikai vienu reizi, tādējādi palielinot darbspējas laiku un ietaupot izmaksas. 3D printeriem, kas izmanto soļu motora tehnoloģiju, šīs funkcijas nav, un tie ir jāiestata sākuma stāvoklī katru reizi, kad tie tiek ieslēgti.
- Atgriezeniskās saites uztveršana: 3D printera ekstrūderis bieži vien var būt šķērslis drukas procesā, un soļu motoram nav atgriezeniskās saites uztveršanas spēju, lai noteiktu ekstrūdera iestrēgumu — deficīts, kas var izraisīt visa drukas darba sabojāšanu. Paturot to prātā, servo sistēmas var noteikt ekstrūdera iestrēgumu un novērst kvēldiega nodilšanu. Augstākas drukas veiktspējas atslēga ir slēgtas cilpas sistēma, kuras centrā ir augstas izšķirtspējas optiskais kodētājs. Servo motori ar 24 bitu absolūtās augstas izšķirtspējas kodētāju var nodrošināt 16 777 216 bitu slēgtas cilpas atgriezeniskās saites izšķirtspēju lielākai asu un ekstrūdera precizitātei, kā arī sinhronizācijai un aizsardzībai pret iestrēgumiem.
- Augstas veiktspējas roboti:Tāpat kā izturīgie servomotori pārveido aditīvo pielietojumu, arī roboti to pārveido. To lieliskā trajektorijas veiktspēja, stingrā mehāniskā struktūra un augstā putekļu aizsardzības (IP) klase apvienojumā ar uzlabotu vibrācijas slāpēšanas kontroli un daudzu asu iespējām padara ļoti elastīgus sešu asu robotus par ideālu izvēli prasīgajiem procesiem, kas saistīti ar 3D printeru izmantošanu, kā arī par galvenajām darbībām subtraktīvajā ražošanā un hibrīdajās aditīvajās/subtraktīvajās metodēs.
Robotiskā automatizācija, kas papildina 3D drukas iekārtas, plaši ietver drukātu detaļu apstrādi vairāku mašīnu instalācijās. Sākot ar atsevišķu detaļu izņemšanu no drukas iekārtas un beidzot ar detaļu atdalīšanu pēc vairāku detaļu drukas cikla, ļoti elastīgi un efektīvi roboti optimizē darbības, lai palielinātu caurlaidspēju un produktivitātes pieaugumu.
Izmantojot tradicionālo 3D drukāšanu, roboti ir noderīgi pulvera pārvaldībā, printera pulvera uzpildēšanā, kad tas nepieciešams, un pulvera noņemšanā no gatavajām detaļām. Līdzīgi, citi metālapstrādes nozarē populāri detaļu apdares uzdevumi, piemēram, slīpēšana, pulēšana, atgratēšana vai griešana, ir viegli veicami. Kvalitātes pārbaudes, kā arī iepakošanas un loģistikas vajadzības tiek apmierinātas ar robotu tehnoloģiju, atbrīvojot ražotājus, lai viņi varētu koncentrēt savu laiku uz augstākas pievienotās vērtības darbiem, piemēram, pasūtījuma izgatavošanu.
Lielāku sagatavju izgatavošanai tiek izmantoti tālas sniedzamības rūpnieciskie roboti, kas tieši pārvieto 3D printera ekstrūzijas galviņu. Tas kopā ar perifērijas instrumentiem, piemēram, rotējošām pamatnēm, pozicionētājiem, lineārajām sliedēm, portāliem un citiem, nodrošina darba telpu, kas nepieciešama telpisku brīvas formas struktūru izveidei. Papildus klasiskajai ātrajai prototipēšanai roboti tiek izmantoti liela apjoma brīvas formas detaļu, veidņu, 3D formas kopņu konstrukciju un lielformāta hibrīddetaļu izgatavošanai. - Daudzasu mašīnu kontrolleri:Inovatīva tehnoloģija, kas ļauj savienot līdz pat 62 kustības asīm vienā vidē, tagad padara iespējamu plaša klāsta rūpniecisko robotu, servo sistēmu un mainīgas frekvences piedziņu, ko izmanto aditīvajos, subtraktīvajos un hibrīdajos procesos, daudzsinhronizāciju. Visa ierīču saime tagad var nemanāmi darboties kopā, pilnībā kontrolējot un uzraugot PLC (programmējamu loģisko kontrolieri) vai IEC mašīnu kontrolieri, piemēram, MP3300iec. Bieži vien programmējot ar dinamisko 61131 IEC programmatūras pakotni, piemēram, MotionWorks IEC, šādas profesionālās platformas izmanto pazīstamus rīkus (piemēram, RepRap G kodus, funkciju bloku diagrammu, strukturētu tekstu, kāpņu diagrammu utt.). Lai atvieglotu integrāciju un optimizētu mašīnas darbības laiku, ir iekļauti gatavi rīki, piemēram, gultas izlīdzināšanas kompensācija, ekstrūdera spiediena virzes vadība, vairāku vārpstu un ekstrūdera vadība.
- Uzlabotas ražošanas lietotāja saskarnes:Dažādas programmatūras pakotnes, kas ir ļoti noderīgas 3D drukāšanas, formu griešanas, darbgaldu un robotikas lietojumprogrammās, var ātri nodrošināt viegli pielāgojamu grafisko mašīnas saskarni, nodrošinot ceļu uz lielāku daudzpusību. Izstrādātas, ņemot vērā radošumu un optimizāciju, intuitīvās platformas, piemēram, Yaskawa Compass, ļauj ražotājiem veidot zīmolu un viegli pielāgot ekrānus. Sākot ar galveno mašīnas atribūtu iekļaušanu līdz klientu vajadzību apmierināšanai, ir nepieciešama neliela programmēšana, jo šie rīki nodrošina plašu iepriekš izveidotu C# spraudņu bibliotēku vai ļauj importēt pielāgotus spraudņus.
Pacelties augstāk
Lai gan vienkāršās aditīvās un subtraktīvās metodes joprojām ir populāras, tuvāko gadu laikā notiks lielāka pāreja uz hibrīdo aditīvo/subtraktīvo metodi. Paredzams, ka līdz 2027. gadam saliktais gada pieauguma temps (CAGR) būs 14,8 procenti.1Hibrīda aditīvās ražošanas iekārtu tirgus ir gatavs apmierināt pieaugošās klientu prasības. Lai pārspētu konkurenci, ražotājiem ir jāizvērtē hibrīdmetodes plusi un mīnusi savā darbībā. Ar spēju ražot detaļas pēc nepieciešamības, ievērojami samazinot oglekļa pēdas nospiedumu, hibrīdais aditīvais/subtraktīvās ražošanas process piedāvā dažas pievilcīgas priekšrocības. Neskatoties uz to, nedrīkst aizmirst par šo procesu progresīvajām tehnoloģijām, un tās jāievieš ražotnēs, lai veicinātu lielāku produktivitāti un produktu kvalitāti.
Publicēšanas laiks: 2021. gada 13. augusts
