Servomotorer och robotar förändrar additivapplikationer. Lär dig de senaste tipsen och tillämpningarna när du implementerar robotautomation och avancerad rörelsekontroll för additiv och subtraktiv tillverkning, samt vad som händer härnäst: tänk på hybrida additiv/subtraktiva metoder.
AVANCERAD AUTOMATION
Av Sarah Mellish och RoseMary Burns
Antagandet av kraftomvandlingsenheter, rörelsekontrollteknik, extremt flexibla robotar och en eklektisk blandning av andra avancerade teknologier är drivande faktorer för den snabba tillväxten av nya tillverkningsprocesser i det industriella landskapet. Genom att revolutionera hur prototyper, delar och produkter tillverkas, är additiv och subtraktiv tillverkning två utmärkta exempel som har gett den effektivitet och kostnadsbesparingar som tillverkarna försöker förbli konkurrenskraftiga.
Kallas 3D-utskrift, additiv tillverkning (AM) är en icke-traditionell metod som vanligtvis använder digital designdata för att skapa solida tredimensionella objekt genom att smälta samman material lager för lager nerifrån och upp. Användningen av AM för både grundläggande och komplexa produktdesigner fortsätter att genomsyra industrier som bil-, flyg-, energi-, medicin-, transport- och konsumentprodukter. Tvärtom innebär den subtraktiva processen att man tar bort sektioner från ett materialblock genom skärning eller bearbetning med hög precision för att skapa en 3D-produkt.
Trots viktiga skillnader är de additiva och subtraktiva processerna inte alltid uteslutande - eftersom de kan användas för att komplettera olika stadier av produktutvecklingen. En tidig konceptmodell eller prototyp skapas ofta av den additiva processen. När den produkten är färdigställd kan större partier krävas, vilket öppnar dörren för subtraktiv tillverkning. På senare tid, där tiden är avgörande, används hybrida additiva/subtraktiva metoder för saker som att reparera skadade/slitna delar eller skapa kvalitetsdelar med kortare ledtid.
AUTOMATERA FRAMÅT
För att möta stränga kundkrav, integrerar tillverkarna en rad trådmaterial som rostfritt stål, nickel, kobolt, krom, titan, aluminium och andra olika metaller i sin delkonstruktion, med början med ett mjukt men starkt underlag och avslutar med ett hårt slitage. -resistent komponent. Detta har delvis avslöjat behovet av högpresterande lösningar för högre produktivitet och kvalitet i både additiv och subtraktiv tillverkningsmiljö, särskilt när det gäller processer som wire arc additive manufacturing (WAAM), WAAM-subtraktiv, laserbeklädnad-subtraktiv eller dekoration. Höjdpunkter inkluderar:
- Avancerad servoteknik:För att bättre kunna ta itu med time-to-market-mål och kunddesignspecifikationer, när det gäller dimensionell precision och finishkvalitet, vänder sig slutanvändare till avancerade 3D-skrivare med servosystem (över stegmotorer) för optimal rörelsekontroll. Fördelarna med servomotorer, som Yaskawas Sigma-7, vänder additivprocessen på huvudet och hjälper tillverkare att övervinna vanliga problem via skrivarförstärkande funktioner:
- Vibrationsdämpning: robusta servomotorer har vibrationsdämpande filter, såväl som antiresonans- och skårfilter, vilket ger extremt mjuka rörelser som kan eliminera de visuellt obehagliga steglinjerna som orsakas av stegmotorns vridmoment.
- Hastighetsförbättring: en utskriftshastighet på 350 mm/sek är nu verklighet, mer än en fördubbling av den genomsnittliga utskriftshastigheten för en 3D-skrivare som använder en stegmotor. På samma sätt kan en körhastighet på upp till 1 500 mm/sek uppnås med roterande eller upp till 5 meter/sek med linjär servoteknik. Den extremt snabba accelerationsförmågan som tillhandahålls av högpresterande servon gör att 3D-skrivhuvuden kan flyttas till sina rätta positioner snabbare. Detta är en lång väg för att lindra behovet av att bromsa ett helt system för att nå önskad finishkvalitet. Därefter innebär denna uppgradering av rörelsekontroll också att slutanvändare kan tillverka fler delar per timme utan att offra kvaliteten.
- Automatisk justering: servosystem kan självständigt utföra sin egen anpassade justering, vilket gör det möjligt att anpassa sig till förändringar i mekaniken hos en skrivare eller avvikelser i en utskriftsprocess. 3D-stegmotorer använder inte positionsåterkoppling, vilket gör det nästan omöjligt att kompensera för förändringar i processer eller avvikelser i mekaniken.
- Kodarfeedback: robusta servosystem som erbjuder absolut kodarfeedback behöver bara utföra en referensrutin en gång, vilket resulterar i större drifttid och kostnadsbesparingar. 3D-skrivare som använder stegmotorteknik saknar den här funktionen och måste hemställas varje gång de slås på.
- Återkopplingsavkänning: en extruder till en 3D-skrivare kan ofta vara en flaskhals i utskriftsprocessen, och en stegmotor har inte återkopplingsavkänningsförmågan att upptäcka en extruder som fastnar - ett underskott som kan leda till att ett helt utskriftsjobb förstörs. Med detta i åtanke kan servosystem upptäcka extruderbackuper och förhindra filamentstrippning. Nyckeln till överlägsen utskriftsprestanda är att ha ett slutet system centrerat kring en högupplöst optisk kodare. Servomotorer med en 24-bitars absolut högupplöst kodare kan ge 16 777 216 bitars återkopplingsupplösning för större axel- och extrudernoggrannhet, såväl som synkronisering och störningsskydd.
- Högpresterande robotar:Precis som robusta servomotorer omvandlar additivapplikationer, så är det också robotar. Deras utmärkta vägprestanda, styva mekaniska struktur och höga dammskyddsklasser (IP) – i kombination med avancerad antivibrationskontroll och fleraxlig förmåga – gör mycket flexibla sexaxliga robotar till ett idealiskt alternativ för de krävande processer som omger användningen av 3D skrivare, samt nyckelåtgärder för subtraktiv tillverkning och hybrida additiva/subtraktiva metoder.
Robotautomation som kompletterar 3D-utskriftsmaskiner innebär i stor utsträckning hantering av tryckta delar i flermaskinsinstallationer. Från att lossa enskilda delar från tryckmaskinen till att separera delar efter en utskriftscykel med flera delar, mycket flexibla och effektiva robotar optimerar driften för större genomströmning och produktivitetsvinster.
Med traditionell 3D-utskrift är robotar behjälpliga med pulverhantering, påfyllning av skrivarpulver vid behov och borttagning av pulver från färdiga delar. På liknande sätt kan andra efterbehandlingsuppgifter som är populära vid metalltillverkning som slipning, polering, gradning eller skärning enkelt uppnås. Kvalitetsinspektion, såväl som förpacknings- och logistikbehov tillgodoses också direkt med robotteknologi, vilket gör att tillverkarna kan fokusera sin tid på arbete med högre värde, som specialtillverkning.
För större arbetsstycken bearbetas industrirobotar med lång räckvidd för att direkt flytta ett 3D-skrivarextruderingshuvud. Detta, i kombination med perifera verktyg som roterande baser, lägesställare, linjära spår, portaler och mer, ger den arbetsyta som krävs för att skapa rumsliga friformsstrukturer. Bortsett från klassiska snabba prototyper, används robotar för tillverkning av stora volymer av friformsdelar, formar, 3D-formade fackverkskonstruktioner och storformatshybriddelar. - Fleraxliga maskinkontroller:Innovativ teknik för att ansluta upp till 62 rörelseaxlar i en enda miljö möjliggör nu multisynkronisering av ett brett utbud av industrirobotar, servosystem och frekvensomriktare som används i additiva, subtraktiva och hybridprocesser. En hel familj av enheter kan nu arbeta sömlöst tillsammans under fullständig kontroll och övervakning av en PLC (Programmable Logic Controller) eller IEC-maskinkontroller, såsom MP3300iec. Professionella plattformar som denna är ofta programmerade med ett dynamiskt 61131 IEC-programpaket, såsom MotionWorks IEC, och använder välbekanta verktyg (t.ex. RepRap G-koder, funktionsblockdiagram, strukturerad text, ladderdiagram, etc.). För att underlätta enkel integrering och optimera maskinens drifttid ingår färdiga verktyg som kompensering för bäddnivellering, styrning av extrudertryck, multipelspindel och extruderkontroll.
- Avancerade användargränssnitt för tillverkning:Mycket fördelaktiga för applikationer inom 3D-utskrift, formskärning, verktygsmaskiner och robotteknik, olika programvarupaket kan snabbt leverera ett lättanpassat grafiskt maskingränssnitt, vilket ger en väg till större mångsidighet. Designade med kreativitet och optimering i åtanke, intuitiva plattformar, som Yaskawa Compass, tillåter tillverkare att varumärke och enkelt anpassa skärmar. Från att inkludera centrala maskinattribut till att tillgodose kundernas behov, krävs lite programmering – eftersom dessa verktyg tillhandahåller ett omfattande bibliotek med förbyggda C#-plugin-program eller möjliggör import av anpassade plug-ins.
HÖJA SIG ÖVER
Medan de enskilda additiva och subtraktiva processerna fortfarande är populära, kommer en större förändring mot den hybrida additiv/subtraktiva metoden att ske under de närmaste åren. Förväntas växa med en sammansatt årlig tillväxttakt (CAGR) på 14,8 procent till 20271, är marknaden för hybridtillverkningsmaskiner redo att möta uppgången i förändrade kundkrav. För att höja sig över konkurrenterna bör tillverkare väga för- och nackdelar med hybridmetoden för sin verksamhet. Med förmågan att producera delar efter behov, till en betydande minskning av koldioxidavtrycket, erbjuder den hybrida additiv/subtraktiva processen några attraktiva fördelar. Oavsett vilket bör den avancerade tekniken för dessa processer inte förbises och bör implementeras på verkstadsgolv för att underlätta högre produktivitet och produktkvalitet.
Posttid: 2021-aug-13
