Silniki serwo i roboty zmieniają zastosowania addytywne. Poznaj najnowsze wskazówki i zastosowania podczas wdrażania automatyzacji robotycznej i zaawansowanego sterowania ruchem do produkcji addytywnej i subtraktywnej, a także co będzie dalej: pomyśl o hybrydowych metodach addytywnych/subtraktywnych.
ROZWÓJ AUTOMATYZACJI
Autorstwa Sarah Mellish i RoseMary Burns
Przyjęcie urządzeń do konwersji mocy, technologii sterowania ruchem, niezwykle elastycznych robotów i eklektycznej mieszanki innych zaawansowanych technologii to czynniki napędzające szybki wzrost nowych procesów wytwarzania w całym krajobrazie przemysłowym. Rewolucjonizując sposób wytwarzania prototypów, części i produktów, produkcja addytywna i subtraktywna to dwa główne przykłady, które zapewniły wydajność i oszczędności kosztów, których producenci szukają, aby pozostać konkurencyjnymi.
Nazywane drukiem 3D, wytwarzanie addytywne (AM) to niestandardowa metoda, która zazwyczaj 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 kształtu netto (NNS) bez odpadów, wykorzystanie AM zarówno do podstawowych, jak i złożonych projektów produktów nadal przenika branże takie jak motoryzacja, lotnictwo, energetyka, medycyna, transport i produkty konsumenckie. Z kolei proces subtraktywny polega na usuwaniu sekcji z bloku materiału poprzez precyzyjne cięcie lub obróbkę w celu stworzenia produktu 3D.
Pomimo kluczowych różnic, procesy addytywne i subtraktywne nie zawsze wykluczają się wzajemnie — ponieważ mogą być stosowane w celu uzupełnienia różnych etapów rozwoju produktu. Wczesny model koncepcyjny lub prototyp jest często tworzony w procesie addytywnym. Po sfinalizowaniu produktu mogą być wymagane większe partie, co otwiera drzwi do produkcji subtraktywnej. Ostatnio, gdy czas odgrywa kluczową rolę, hybrydowe metody addytywne/subtraktywne są stosowane do takich rzeczy, jak naprawa uszkodzonych/zużywanych części lub tworzenie wysokiej jakości części z krótszym czasem realizacji.
AUTOMATYZACJA PRZESUŃ DO PRZODU
Aby sprostać surowym wymaganiom klientów, producenci integrują szereg materiałów z drutu, takich jak stal nierdzewna, nikiel, kobalt, chrom, tytan, aluminium i inne różne metale, w konstrukcji swoich części, zaczynając od miękkiego, ale mocnego podłoża i kończąc na twardym, odpornym na zużycie komponencie. Częściowo ujawniło to potrzebę rozwiązań o wysokiej wydajności dla większej produktywności i jakości zarówno w środowiskach produkcji addytywnej, jak i ubytkowej, szczególnie w przypadku procesów takich jak produkcja addytywna łukiem drutowym (WAAM), WAAM-subtraktywna, nakładanie laserowe-subtraktywne lub dekoracja. Najważniejsze informacje obejmują:
- Zaawansowana technologia serwo:Aby lepiej sprostać celom czasu wprowadzania na rynek i specyfikacjom projektowym klienta, jeśli chodzi o precyzję wymiarową i jakość wykończenia, użytkownicy końcowi zwracają się ku zaawansowanym drukarkom 3D z systemami serwo (zamiast silników krokowych) w celu uzyskania optymalnej kontroli ruchu. Zalety silników serwo, takich jak Sigma-7 firmy Yaskawa, odwracają proces addytywny do góry nogami, pomagając producentom przezwyciężać typowe problemy dzięki możliwościom zwiększania wydajności drukarki:
- Tłumienie wibracji: wytrzymałe silniki serwo są wyposażone w filtry tłumiące wibracje, a także filtry antyrezonansowe i filtry wycinające, co zapewnia wyjątkowo płynny ruch, eliminujący nieprzyjemne wizualnie schodkowe linie spowodowane przez wahania momentu obrotowego silnika krokowego.
- Zwiększenie prędkości: prędkość drukowania 350 mm/s jest teraz rzeczywistością, co stanowi ponad dwukrotność średniej prędkości drukowania drukarki 3D wykorzystującej silnik krokowy. Podobnie, prędkość przesuwu do 1500 mm/s można osiągnąć przy użyciu technologii obrotowej lub do 5 metrów/s przy użyciu technologii serwoliniowej. Niezwykle szybkie przyspieszenie zapewniane przez wydajne serwa umożliwia szybsze przesuwanie głowic drukujących 3D do właściwych pozycji. W dużym stopniu łagodzi to potrzebę spowalniania całego systemu w celu uzyskania pożądanej jakości wykończenia. W związku z tym ta modernizacja sterowania ruchem oznacza również, że użytkownicy końcowi mogą wytwarzać więcej części na godzinę bez utraty jakości.
- Automatyczne dostrajanie: serwomechanizmy mogą niezależnie wykonywać własne, niestandardowe dostrajanie, co umożliwia dostosowanie się do zmian w mechanice drukarki lub odchyleń w procesie drukowania. Silniki krokowe 3D nie wykorzystują sprzężenia zwrotnego położenia, co sprawia, że kompensacja zmian w procesach lub rozbieżności w mechanice jest niemal niemożliwa.
- Sprzężenie zwrotne enkodera: solidne systemy serwomechanizmów, które oferują absolutne sprzężenie zwrotne enkodera, muszą wykonać procedurę powrotu do pozycji początkowej tylko raz, co przekłada się na dłuższy czas sprawności i niższe koszty. Drukarki 3D wykorzystujące technologię silników krokowych nie mają tej funkcji i muszą być przywracane do pozycji początkowej po każdym uruchomieniu.
- Wykrywanie sprzężenia zwrotnego: ekstruder drukarki 3D może często stanowić wąskie gardło w procesie drukowania, a silnik krokowy nie ma możliwości wykrywania sprzężenia zwrotnego, aby wykryć zacięcie ekstrudera — deficyt, który może doprowadzić do zniszczenia całego zadania drukowania. Mając to na uwadze, systemy serwo mogą wykrywać cofanie się ekstrudera i zapobiegać zrywaniu się filamentu. Kluczem do wyższej wydajności drukowania jest posiadanie zamkniętego systemu pętli skoncentrowanego wokół enkodera optycznego o wysokiej rozdzielczości. Silniki serwo z 24-bitowym enkoderem o wysokiej rozdzielczości absolutnej mogą zapewnić 16 777 216 bitów rozdzielczości sprzężenia zwrotnego w pętli zamkniętej, co zapewnia większą dokładność osi i ekstrudera, a także synchronizację i ochronę przed zacięciem.
- Roboty o wysokiej wydajności:Podobnie jak solidne serwomotory zmieniają zastosowania addytywne, tak samo zmieniają je roboty. Ich doskonałe osiągi ścieżki, sztywna konstrukcja mechaniczna i wysokie wskaźniki ochrony przed pyłem (IP) — w połączeniu z zaawansowaną kontrolą antywibracyjną i możliwością pracy w wielu osiach — sprawiają, że wysoce elastyczne roboty sześcioosiowe są idealną opcją dla wymagających procesów związanych z wykorzystaniem drukarek 3D, a także kluczowymi działaniami w zakresie produkcji ubytkowej i hybrydowych metod addytywnych/ubytkowych.
Automatyzacja robotyczna uzupełniająca maszyny do druku 3D obejmuje szeroko obsługę drukowanych części w instalacjach wielomaszynowych. Od rozładowywania poszczególnych części z maszyny drukującej po oddzielanie części po cyklu drukowania wieloczęściowego, wysoce elastyczne i wydajne roboty optymalizują operacje w celu zwiększenia przepustowości i produktywności.
W przypadku tradycyjnego druku 3D roboty pomagają w zarządzaniu proszkiem, uzupełnianiu proszku w drukarce w razie potrzeby i usuwaniu proszku z gotowych części. Podobnie, inne zadania związane z wykańczaniem części, popularne w obróbce metali, takie jak szlifowanie, polerowanie, gratowanie lub cięcie, są łatwo osiągalne. Kontrola jakości, a także potrzeby związane z pakowaniem i logistyką są również zaspokajane bezpośrednio dzięki technologii robotycznej, co pozwala producentom skupić się na pracach o wyższej wartości dodanej, takich jak produkcja niestandardowa.
W przypadku większych elementów obrabianych roboty przemysłowe o dużym zasięgu są wyposażane w narzędzia umożliwiające bezpośrednie przesuwanie głowicy wytłaczarki 3D. To, w połączeniu z narzędziami peryferyjnymi, takimi jak obrotowe podstawy, pozycjonery, tory liniowe, suwnice i inne, zapewnia przestrzeń roboczą wymaganą do tworzenia przestrzennych struktur o dowolnym kształcie. Oprócz klasycznego szybkiego prototypowania roboty są wykorzystywane do wytwarzania dużych objętościowo części o dowolnym kształcie, form, konstrukcji kratownicowych w kształcie 3D i wielkoformatowych części hybrydowych. - Kontrolery maszyn wieloosiowych:Innowacyjna technologia łączenia do 62 osi ruchu w jednym środowisku umożliwia obecnie wielokrotną synchronizację szerokiej gamy robotów przemysłowych, serwomechanizmów i napędów o zmiennej częstotliwości stosowanych w procesach addytywnych, subtraktywnych i hybrydowych. Cała rodzina urządzeń może teraz bezproblemowo współpracować pod pełną kontrolą i monitorowaniem sterownika PLC (Programmable Logic Controller) lub sterownika maszyny IEC, takiego jak MP3300iec. Często programowane za pomocą dynamicznego pakietu oprogramowania 61131 IEC, takiego jak MotionWorks IEC, profesjonalne platformy, takie jak ta, wykorzystują znane narzędzia (tj. kody G RepRap, diagram bloków funkcyjnych, tekst strukturalny, diagram drabinkowy itp.). Aby ułatwić łatwą integrację i zoptymalizować czas sprawności maszyny, dołączone są gotowe narzędzia, takie jak kompensacja poziomowania stołu, sterowanie postępem ciśnienia wytłaczarki, sterowanie wieloma wrzecionami i wytłaczarką.
- Zaawansowane interfejsy użytkownika produkcyjne:Bardzo korzystne dla zastosowań w druku 3D, cięciu kształtów, obrabiarkach i robotyce, różnorodne pakiety oprogramowania mogą szybko dostarczyć łatwy do dostosowania graficzny interfejs maszyny, zapewniając ścieżkę do większej wszechstronności. Zaprojektowane z myślą o kreatywności i optymalizacji, intuicyjne platformy, takie jak Yaskawa Compass, pozwalają producentom na branding i łatwą personalizację ekranów. Od uwzględniania podstawowych atrybutów maszyny po zaspokajanie potrzeb klientów, wymagane jest niewiele programowania — ponieważ narzędzia te zapewniają obszerną bibliotekę wstępnie zbudowanych wtyczek C# lub umożliwiają importowanie niestandardowych wtyczek.
WZNIEŚĆ SIĘ PONAD
Podczas gdy pojedyncze procesy addytywne i subtraktywne pozostają popularne, w ciągu najbliższych kilku lat nastąpi większe przesunięcie w kierunku hybrydowej metody addytywnej/subtraktywnej. Oczekuje się, że do 2027 r. wzrośnie ona ze złożoną roczną stopą wzrostu (CAGR) wynoszącą 14,8 procent1, rynek hybrydowych maszyn do produkcji addytywnej jest gotowy sprostać rosnącym wymaganiom klientów. Aby wyprzedzić konkurencję, producenci powinni rozważyć zalety i wady metody hybrydowej w swoich działaniach. Dzięki możliwości produkcji części w razie potrzeby, przy znacznej redukcji śladu węglowego, hybrydowy proces addytywno-subtraktywny oferuje pewne atrakcyjne korzyści. Niezależnie od tego, zaawansowane technologie dla tych procesów nie powinny być pomijane i powinny być wdrażane na halach produkcyjnych w celu ułatwienia większej produktywności i jakości produktu.
Czas publikacji: 13-08-2021
