Serwosilniki i roboty zmieniają zastosowania dodatków. Poznaj najnowsze wskazówki i aplikacje dotyczące wdrażania automatyzacji robotycznej i zaawansowanego sterowania ruchem w produkcji addytywnej i subtraktywnej, a także poznaj dalsze rozwiązania: pomyśl o hybrydowych metodach addytywno-subtraktywnych.
ZAAWANSOWANA AUTOMATYZACJA
Autorzy: Sarah Mellish i RoseMary Burns
Zastosowanie urządzeń do konwersji mocy, technologii sterowania ruchem, niezwykle elastycznych robotów i eklektycznej mieszanki innych zaawansowanych technologii to czynniki napędzające szybki rozwój nowych procesów produkcyjnych w krajobrazie przemysłowym. Produkcja przyrostowa i subtraktywna, rewolucjonizująca sposób wytwarzania prototypów, części i produktów, to dwa główne przykłady, które zapewniły producentom wydajność i oszczędności, których celem jest utrzymanie konkurencyjności.
Nazywane drukiem 3D, wytwarzanie przyrostowe (AM) to nietradycyjna metoda, która zwykle wykorzystuje cyfrowe dane projektowe do tworzenia solidnych trójwymiarowych obiektów poprzez łączenie materiałów warstwa po warstwie od dołu do góry. Często wytwarzając części o kształcie zbliżonym do netto (NNS) bez odpadów, zastosowanie AM zarówno w podstawowych, jak i złożonych projektach produktów w dalszym ciągu przenika do takich branż, jak motoryzacja, lotnictwo, energetyka, medycyna, transport i produkty konsumenckie. Przeciwnie, proces odejmowania polega na usuwaniu sekcji z bloku materiału poprzez precyzyjne cięcie lub obróbkę w celu stworzenia produktu 3D.
Pomimo kluczowych różnic, procesy dodawania i odejmowania nie zawsze wykluczają się wzajemnie, ponieważ można je wykorzystać do uzupełnienia różnych etapów rozwoju produktu. Wczesny model koncepcyjny lub prototyp jest często tworzony w procesie addytywnym. Po ukończeniu produktu mogą być wymagane większe partie, co otwiera drogę do produkcji subtraktywnej. Niedawno, gdy liczy się czas, stosuje się hybrydowe metody addytywne/odejmujące, takie jak naprawa uszkodzonych/zużytych części lub tworzenie wysokiej jakości części w krótszym czasie realizacji.
AUTOMATYZACJA DO PRZODU
Aby sprostać rygorystycznym wymaganiom klientów, producenci włączają do konstrukcji swoich części szereg materiałów z drutu, takich jak stal nierdzewna, nikiel, kobalt, chrom, tytan, aluminium i inne metale, zaczynając od miękkiego, ale mocnego podłoża, a kończąc na twardym, odpornym na zużycie podłożu. -składnik odporny. Częściowo ujawniło to zapotrzebowanie na wysokowydajne rozwiązania zapewniające większą produktywność i jakość zarówno w środowiskach wytwarzania przyrostowego, jak i subtraktywnego, szczególnie tam, gdzie dotyczą procesów takich jak wytwarzanie przyrostowe łukiem drutowym (WAAM), subtraktywna metoda WAAM, powłoka laserowa subtraktywna lub dekoracja. Najważniejsze to:
- Zaawansowana technologia serwo:Aby lepiej sprostać celom związanym z czasem wprowadzenia produktu na rynek i specyfikacjom projektowym klienta, jeśli chodzi o precyzję wymiarową i jakość wykończenia, użytkownicy końcowi zwracają się w stronę zaawansowanych drukarek 3D z systemami serwo (nad silnikami krokowymi) w celu zapewnienia optymalnej kontroli ruchu. Zalety serwomotorów, takich jak Sigma-7 firmy Yaskawa, wywracają proces addytywny do góry nogami, pomagając producentom przezwyciężyć typowe problemy dzięki możliwościom usprawnienia drukarki:
- Tłumienie wibracji: solidne serwomotory są wyposażone w filtry tłumiące drgania, a także filtry antyrezonansowe i wycinające, zapewniające wyjątkowo płynny ruch, który może wyeliminować wizualnie nieprzyjemne linie schodkowe spowodowane tętnieniem momentu obrotowego silnika krokowego.
- Zwiększenie prędkości: prędkość drukowania 350 mm/s jest teraz rzeczywistością, co stanowi ponad dwukrotność średniej prędkości drukowania w drukarce 3D wykorzystującej silnik krokowy. Podobnie prędkość przesuwu do 1500 mm/s można osiągnąć przy użyciu mechanizmu obrotowego lub do 5 m/s przy użyciu technologii serwo liniowego. Niezwykle szybkie przyspieszenie zapewniane przez wysokowydajne serwa umożliwia szybsze przesuwanie głowic drukujących 3D do odpowiednich pozycji. W dużym stopniu eliminuje to potrzebę spowalniania całego systemu w celu osiągnięcia pożądanej jakości wykończenia. To ulepszenie sterowania ruchem oznacza również, że użytkownicy końcowi mogą wytwarzać więcej części na godzinę bez utraty jakości.
- Automatyczne strojenie: systemy serwo mogą niezależnie przeprowadzać własne, niestandardowe strojenie, co umożliwia dostosowanie się do zmian w mechanice drukarki lub różnic w procesie drukowania. Silniki krokowe 3D nie wykorzystują sprzężenia zwrotnego położenia, co sprawia, że kompensacja zmian w procesach lub rozbieżności w mechanice jest prawie niemożliwa.
- Sprzężenie zwrotne enkodera: solidne systemy serwo, które zapewniają absolutną informację zwrotną enkodera, wymagają tylko jednokrotnego wykonania procedury bazowania, co zapewnia większy czas pracy i oszczędność kosztów. Drukarkom 3D korzystającym z technologii silników krokowych brakuje tej funkcji i należy je ustawić w pozycji wyjściowej za każdym razem, gdy są zasilane.
- Wykrywanie sprzężenia zwrotnego: wytłaczarka drukarki 3D często może stanowić wąskie gardło w procesie drukowania, a silnik krokowy nie ma zdolności wykrywania sprzężenia zwrotnego, aby wykryć zacięcie wytłaczarki – deficyt, który może doprowadzić do zrujnowania całego zadania drukowania. Mając to na uwadze, systemy serwo mogą wykrywać kopie zapasowe wytłaczarki i zapobiegać zdzieraniu włókien. Kluczem do doskonałej wydajności drukowania jest posiadanie systemu z zamkniętą pętlą skupionego wokół enkodera optycznego o wysokiej rozdzielczości. Serwosilniki z 24-bitowym enkoderem absolutnym o wysokiej rozdzielczości mogą zapewnić 16 777 216 bitów rozdzielczości sprzężenia zwrotnego w zamkniętej pętli, co zapewnia większą dokładność osi i wytłaczarki, a także synchronizację i ochronę przed zacięciem.
- Roboty o wysokiej wydajności:Tak jak wytrzymałe serwosilniki zmieniają zastosowania dodatków, tak samo zmieniają się roboty. Ich doskonała wydajność ścieżki, sztywna konstrukcja mechaniczna i wysoki stopień ochrony przed pyłem (IP) – w połączeniu z zaawansowaną kontrolą antywibracyjną i możliwością pracy w wielu osiach – sprawiają, że bardzo elastyczne roboty sześcioosiowe są idealną opcją dla wymagających procesów związanych z wykorzystaniem 3D drukarek, a także kluczowe działania w zakresie produkcji subtraktywnej i hybrydowych metod addytywno-subtraktywnych.
Automatyzacja robotyczna, uzupełniająca maszyny drukujące 3D, w szerokim zakresie obejmuje obsługę drukowanych części w instalacjach wielomaszynowych. Od rozładunku poszczególnych części z maszyny drukującej po oddzielanie części po wieloczęściowym cyklu drukowania – bardzo elastyczne i wydajne roboty optymalizują operacje, zapewniając większą przepustowość i wzrost produktywności.
W przypadku tradycyjnego druku 3D roboty są pomocne w zarządzaniu proszkiem, uzupełnianiu proszku do drukarki w razie potrzeby i usuwaniu proszku z gotowych części. Podobnie inne zadania związane z wykańczaniem części, popularne w produkcji metali, takie jak szlifowanie, polerowanie, gratowanie lub cięcie, są łatwe do wykonania. Kontrola jakości, a także potrzeby w zakresie pakowania i logistyki są również bezpośrednio zaspokajane za pomocą technologii robotycznej, dzięki czemu producenci mogą skoncentrować swój czas na pracy o wyższej wartości dodanej, takiej jak produkcja na zamówienie.
W przypadku większych detali opracowywane są roboty przemysłowe o dużym zasięgu, które umożliwiają bezpośrednie przesuwanie głowicy wytłaczającej drukarki 3D. To, w połączeniu z narzędziami peryferyjnymi, takimi jak podstawy obrotowe, pozycjonery, tory liniowe, suwnice i inne, zapewnia przestrzeń roboczą wymaganą do tworzenia przestrzennych konstrukcji o dowolnych kształtach. Oprócz klasycznego szybkiego prototypowania, roboty są wykorzystywane do wytwarzania wielkoformatowych części o swobodnych kształtach, form formowych, konstrukcji kratownicowych w kształcie 3D i wielkoformatowych części hybrydowych. - Wieloosiowe sterowniki maszyn:Innowacyjna technologia łączenia do 62 osi ruchu w jednym środowisku umożliwia obecnie multisynchronizację szerokiej gamy robotów przemysłowych, systemów serwo i napędów o zmiennej częstotliwości wykorzystywanych w procesach addytywnych, subtraktywnych i hybrydowych. Cała rodzina urządzeń może teraz bezproblemowo współpracować pod pełną kontrolą i monitorowaniem sterownika PLC (programowalnego sterownika logicznego) lub sterownika maszyny IEC, takiego jak MP3300iec. Często programowane za pomocą dynamicznego pakietu oprogramowania 61131 IEC, takiego jak MotionWorks IEC, profesjonalne platformy tego typu wykorzystują znane narzędzia (tj. kody G RepRap, diagram bloków funkcyjnych, tekst strukturalny, schemat drabinkowy itp.). Aby ułatwić łatwą integrację i zoptymalizować czas pracy maszyny, dołączono gotowe narzędzia, takie jak kompensacja poziomowania stołu, kontrola wyprzedzenia ciśnienia wytłaczarki, sterowanie wieloma wrzecionami i wytłaczarką.
- Zaawansowane interfejsy użytkownika w produkcji:Różnorodne pakiety oprogramowania, bardzo przydatne w zastosowaniach związanych z drukiem 3D, wycinaniem kształtów, obrabiarkami i robotyką, mogą szybko zapewnić łatwy do dostosowania graficzny interfejs maszyny, zapewniając drogę do większej wszechstronności. Zaprojektowane z myślą o kreatywności i optymalizacji, intuicyjne platformy, takie jak Yaskawa Compass, umożliwiają producentom oznaczanie i łatwe dostosowywanie ekranów. Od uwzględnienia podstawowych atrybutów maszyny po zaspokojenie potrzeb klientów — potrzeba niewiele programowania — ponieważ narzędzia te zapewniają obszerną bibliotekę wstępnie utworzonych wtyczek C# lub umożliwiają importowanie niestandardowych wtyczek.
WZNIEŚĆ SIĘ PONAD
Chociaż procesy pojedynczego dodawania i odejmowania pozostają popularne, w ciągu najbliższych kilku lat nastąpi większe przejście w kierunku hybrydowej metody dodawania i odejmowania. Oczekuje się, że do 2027 r. łączna roczna stopa wzrostu (CAGR) będzie rosła na poziomie 14,8%.1, rynek hybrydowych maszyn do wytwarzania przyrostowego jest gotowy sprostać rosnącym wymaganiom klientów. Aby wyprzedzić konkurencję, producenci powinni rozważyć zalety i wady metody hybrydowej w swoich działaniach. Dzięki możliwości wytwarzania części w razie potrzeby i znacznemu zmniejszeniu śladu węglowego, hybrydowy proces addytywny/odejmujący oferuje pewne atrakcyjne korzyści. Niezależnie od tego nie należy pomijać zaawansowanych technologii tych procesów i należy je wdrażać w halach produkcyjnych, aby zwiększyć produktywność i jakość produktów.
Czas publikacji: 13 sierpnia 2021 r
