Servomotorer og roboter forvandler additive applikasjoner. Lær de nyeste tipsene og applikasjonene når du implementerer robotautomatisering og avansert bevegelseskontroll for additiv og subtraktiv produksjon, samt hva som er det neste: tenk hybride additive/subtraktive metoder.
FREMSKRIVING AV AUTOMATISERING
Av Sarah Mellish og RoseMary Burns
Bruken av kraftomformingsenheter, bevegelseskontrollteknologi, ekstremt fleksible roboter og en eklektisk blanding av andre avanserte teknologier er drivende faktorer for den raske veksten av nye produksjonsprosesser i det industrielle landskapet. Additiv og subtraktiv produksjon er to gode eksempler som har revolusjonert måten prototyper, deler og produkter produseres på, og har gitt effektiviteten og kostnadsbesparelsene som produsenter søker for å holde seg konkurransedyktige.
Additiv produksjon (AM), også kjent som 3D-printing, er en ikke-tradisjonell metode som vanligvis bruker digitale designdata for å lage solide tredimensjonale objekter ved å smelte sammen materialer lag for lag nedenfra og opp. Bruken av AM for både grunnleggende og komplekse produktdesign fortsetter å gjennomsyre industrier som bilindustri, luftfart, energi, medisin, transport og forbrukerprodukter, og det kalles ofte 3D-printing, og er en ikke-tradisjonell metode som bruker digitale designdata for å lage et 3D-produkt.
Til tross for viktige forskjeller, er additive og subtraktive prosesser ikke alltid gjensidig utelukkende – ettersom de kan brukes til å utfylle ulike stadier i produktutviklingen. En tidlig konseptmodell eller prototype lages ofte av den additive prosessen. Når produktet er ferdigstilt, kan det være nødvendig med større partier, noe som åpner døren for subtraktiv produksjon. Nylig, der tid er avgjørende, brukes hybride additive/subtraktive metoder for ting som å reparere skadede/slitte deler eller lage kvalitetsdeler med kortere ledetid.
AUTOMATISER VIDEREKOPPLING
For å møte strenge kundekrav integrerer produsenter en rekke trådmaterialer som rustfritt stål, nikkel, kobolt, krom, titan, aluminium og andre forskjellige metaller i delkonstruksjonen sin, og starter med et mykt, men sterkt substrat og avsluttes med en hard, slitesterk komponent. Dette har delvis avslørt behovet for høytytende løsninger for større produktivitet og kvalitet i både additive og subtraktive produksjonsmiljøer, spesielt når det gjelder prosesser som additiv produksjon av trådbuer (WAAM), WAAM-subtraktiv, laserkledning-subtraktiv eller dekorasjon. Høydepunkter inkluderer:
- Avansert servoteknologi:For å bedre kunne imøtekomme time-to-market-mål og kundenes designspesifikasjoner, når det gjelder dimensjonal presisjon og finishkvalitet, vender sluttbrukere seg til avanserte 3D-skrivere med servosystemer (i stedet for steppermotorer) for optimal bevegelseskontroll. Fordelene med servomotorer, som Yaskawas Sigma-7, snur den additive prosessen på hodet og hjelper produsenter med å overvinne vanlige problemer via skriverforsterkende muligheter:
- Vibrasjonsdemping: Robuste servomotorer har vibrasjonsdempende filtre, samt antiresonans- og hakkfiltre, noe som gir ekstremt jevn bevegelse som kan eliminere de visuelt ubehagelige trinnlinjene forårsaket av trinnmotorens dreiemomentrippel.
- Hastighetsforbedring: en utskriftshastighet på 350 mm/sek er nå en realitet, mer enn en dobling av den gjennomsnittlige utskriftshastigheten til en 3D-skriver ved bruk av en steppermotor. På samme måte kan en kjørehastighet på opptil 1500 mm/sek oppnås ved bruk av roterende maskiner eller opptil 5 meter/sek ved bruk av lineær servoteknologi. Den ekstremt raske akselerasjonskapasiteten som tilbys av høytytende servoer, gjør at 3D-skrivehoder kan flyttes raskere til riktig posisjon. Dette bidrar i stor grad til å redusere behovet for å senke et helt system for å oppnå ønsket finishkvalitet. Denne oppgraderingen i bevegelseskontroll betyr også at sluttbrukere kan produsere flere deler per time uten å ofre kvaliteten.
- Automatisk tuning: Servosystemer kan uavhengig utføre sin egen tilpassede tuning, noe som gjør det mulig å tilpasse seg endringer i mekanikken til en skriver eller variasjoner i en utskriftsprosess. 3D-trinnmotorer bruker ikke posisjonstilbakemeldinger, noe som gjør det nesten umulig å kompensere for endringer i prosesser eller avvik i mekanikken.
- Givertilbakemelding: Robuste servosystemer som tilbyr absolutt givertilbakemelding trenger bare å utføre en hjemsøkingsrutine én gang, noe som resulterer i større oppetid og kostnadsbesparelser. 3D-skrivere som bruker steppermotorteknologi mangler denne funksjonen og må hjemsøkes hver gang de slås på.
- Tilbakemeldingsregistrering: En ekstruder i en 3D-printer kan ofte være en flaskehals i utskriftsprosessen, og en steppermotor har ikke tilbakemeldingsregistreringsevnen til å oppdage fastkjøring i ekstruderen – et underskudd som kan føre til at en hel utskriftsjobb ødelegges. Med dette i tankene kan servosystemer oppdage ekstruderstopp og forhindre stripping av filament. Nøkkelen til overlegen utskriftsytelse er å ha et lukket sløyfesystem sentrert rundt en optisk koder med høy oppløsning. Servomotorer med en 24-bits absolutt høyoppløselig koder kan gi 16 777 216 bits med tilbakemeldingsoppløsning i lukket sløyfe for større akse- og ekstrudernøyaktighet, samt synkronisering og beskyttelse mot fastkjøring.
- Høytytende roboter:Akkurat som robuste servomotorer forvandler additive applikasjoner, gjør også roboter det. Deres utmerkede baneytelse, stive mekaniske struktur og høye støvbeskyttelsesklassifiseringer (IP) – kombinert med avansert antivibrasjonskontroll og fleraksekapasitet – gjør svært fleksible seksaksede roboter til et ideelt alternativ for de krevende prosessene som omgir bruken av 3D-skrivere, samt viktige handlinger for subtraktiv produksjon og hybride additive/subtraktive metoder.
Robotautomatisering som et supplement til 3D-utskriftsmaskiner innebærer i stor grad håndtering av trykte deler i installasjoner med flere maskiner. Fra å tømme individuelle deler fra utskriftsmaskinen til å separere deler etter en flerdelt utskriftssyklus, optimaliserer svært fleksible og effektive roboter driften for større gjennomstrømning og produktivitetsøkninger.
Med tradisjonell 3D-printing er roboter nyttige for pulverhåndtering, påfylling av skriverpulver ved behov og fjerning av pulver fra ferdige deler. På samme måte er andre etterbehandlingsoppgaver som er populære innen metallfabrikasjon, som sliping, polering, avgrading eller kutting, enkelt å utføre. Kvalitetsinspeksjon, samt emballasje- og logistikkbehov blir også møtt direkte med robotteknologi, noe som frigjør produsenter til å fokusere tiden sin på arbeid med høyere verdiøkning, som spesialtilpasset fabrikasjon.
For større arbeidsstykker blir industriroboter med lang rekkevidde utrustet for å bevege et ekstruderingshode på en 3D-printer direkte. Dette, i forbindelse med perifere verktøy som roterende baser, posisjoneringsenheter, lineære spor, portaler og mer, gir arbeidsområdet som kreves for å lage romlige friformstrukturer. Bortsett fra klassisk rask prototyping, brukes roboter til fabrikasjon av store friformdeler, støpeformer, 3D-formede fagverkskonstruksjoner og hybriddeler i storformat. - Fleraksede maskinkontrollere:Innovativ teknologi for å koble opptil 62 bevegelsesakser i et enkelt miljø muliggjør nå multisynkronisering av et bredt spekter av industriroboter, servosystemer og frekvensomformere som brukes i additive, subtraktive og hybride prosesser. En hel familie av enheter kan nå fungere sømløst sammen under fullstendig kontroll og overvåking av en PLS (programmerbar logisk kontroller) eller IEC-maskinkontroller, for eksempel MP3300iec. Profesjonelle plattformer som denne, ofte programmert med en dynamisk 61131 IEC-programvarepakke, for eksempel MotionWorks IEC, bruker kjente verktøy (f.eks. RepRap G-koder, funksjonsblokkdiagram, strukturert tekst, stigediagram, osv.). For å legge til rette for enkel integrering og optimalisere maskinens oppetid, er ferdige verktøy som kompensasjon for nivåjustering av sjiktet, trykkforfremmelseskontroll for ekstruder, flerspindel- og ekstruderkontroll inkludert.
- Avanserte brukergrensesnitt for produksjon:Ulike programvarepakker er svært nyttige for applikasjoner innen 3D-printing, formskjæring, maskinverktøy og robotikk, og kan raskt levere et brukervennlig grafisk maskingrensesnitt, noe som gir en vei til større allsidighet. Intuitive plattformer som Yaskawa Compass er designet med kreativitet og optimalisering i tankene, og lar produsenter merkevarebygge og enkelt tilpasse skjermer. Fra å inkludere sentrale maskinattributter til å imøtekomme kundenes behov, kreves lite programmering – ettersom disse verktøyene tilbyr et omfattende bibliotek med forhåndsbygde C#-plugin-moduler eller muliggjør import av tilpassede plugin-moduler.
HØY DEG OVER
Selv om de enkle additive og subtraktive prosessene fortsatt er populære, vil det skje et større skifte mot den hybride additive/subtraktive metoden i løpet av de neste årene. Forventes å vokse med en sammensatt årlig vekstrate (CAGR) på 14,8 prosent innen 2027.1, markedet for hybride additive produksjonsmaskiner er klar til å møte den økende etterspørselen fra kunder. For å heve seg over konkurrentene bør produsenter veie fordeler og ulemper med hybridmetoden for sin virksomhet. Med muligheten til å produsere deler etter behov, for en betydelig reduksjon i karbonavtrykk, tilbyr den hybride additive/subtraktive prosessen noen attraktive fordeler. Uansett bør ikke de avanserte teknologiene for disse prosessene overses og bør implementeres i verkstedene for å legge til rette for større produktivitet og produktkvalitet.
Publisert: 13. august 2021
