Framåt i 3D: Rise Above Challenges i 3D Metal Printing

Servomotorer och robotar förvandlar additiva applikationer. Lär dig de senaste tipsen och applikationerna när du implementerar robotautomatik och avancerad rörelsekontroll för additiv och subtraktiv tillverkning, liksom vad som är nästa: tänk hybridadditiva/subtraktiva metoder.1628850930(1)

AVANCERANDE AUTOMATION

Av Sarah Mellish och RoseMary Burns

Antagandet av kraftomvandlingsanordningar, rörelsekontrollteknik, extremt flexibla robotar och en eklektisk blandning av annan avancerad teknik är drivande faktorer för den snabba tillväxten av nya tillverkningsprocesser i industrilandskapet. Att revolutionera hur prototyper, delar och produkter tillverkas, additiv och subtraktiv tillverkning är två exempel som har gett effektivitet och kostnadsbesparingar tillverkare försöker förbli konkurrenskraftiga.

Kallas 3D-utskrift, additiv tillverkning (AM) är en otraditionell metod som vanligtvis använder digital designdata för att skapa fasta tredimensionella objekt genom att smälta material lager för lager nedifrån och upp. Användningen av AM för både grundläggande och komplexa produktdesigner, som ofta tillverkar nästan nätformade (NNS) delar utan avfall, fortsätter att genomsyra branscher som fordon, flyg, energi, medicin, transport och konsumentprodukter. Tvärtom innebär den subtraktiva processen att ta bort sektioner från ett materialblock genom skärning med hög precision eller bearbetning för att skapa en 3D -produkt.

Trots viktiga skillnader är additiva och subtraktiva processer inte alltid ömsesidigt uteslutande - eftersom de kan användas för att komplettera olika stadier av produktutveckling. En tidig konceptmodell eller prototyp skapas ofta av den additiva processen. När produkten är färdig kan större satser krävas, vilket öppnar dörren för subtraktiv tillverkning. På senare tid, där tiden är avgörande, tillämpas hybridadditiva/subtraktiva metoder för saker som att reparera skadade/slitna delar eller skapa kvalitetsdelar med mindre ledtid.

AUTOMAT FRAMÅT

För att möta de stränga kundkraven integrerar tillverkarna en rad trådmaterial som rostfritt stål, nickel, kobolt, krom, titan, aluminium och andra olika metaller i sin konstruktion, med ett mjukt men starkt underlag och avslutning med hårt slitage -resistent komponent. Dels har detta avslöjat behovet av högpresterande lösningar för högre produktivitet och kvalitet i både additiva och subtraktiva tillverkningsmiljöer, särskilt när det gäller processer som trådbågsadditiv tillverkning (WAAM), WAAM-subtraktiv, laserbeklädnad-subtraktiv eller dekoration. Höjdpunkter inkluderar:

  • Avancerad servoteknik: För att bättre hantera 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, till exempel Yaskawa's Sigma-7, gör att additivprocessen blir på topp och hjälper tillverkare att övervinna vanliga problem via skrivarhöjande funktioner:
    • Vibrationsdämpning: robusta servomotorer har vibrationsdämpande filter, samt antiresonans- och hackfilter, vilket ger extremt smidig rörelse som kan eliminera de visuellt obehagliga steglinjerna som orsakas av stegmotorns vridmoment.
    • Hastighetsförbättring: en utskriftshastighet på 350 mm/sek är nu verklighet, vilket mer än fördubblar den genomsnittliga utskriftshastigheten för en 3D -skrivare med en stegmotor. På samma sätt kan en hastighet upp till 1500 mm/sek uppnås med roterande eller upp till 5 meter/sek med linjär servoteknik. Den extremt snabba accelerationsförmågan som tillhandahålls genom högpresterande servon gör att 3D-skrivhuvuden snabbare kan flyttas till rätt position. Detta går långt för att lindra behovet av att sakta ner ett helt system för att nå önskad finishkvalitet. Därefter innebär denna uppgradering i rörelsekontroll också att slutanvändare kan tillverka fler delar per timme utan att göra avkall på kvaliteten.
    • Automatisk inställning: servosystem kan självständigt utföra sin egen anpassade inställning, vilket gör det möjligt att anpassa sig till förändringar i en skrivares mekanik eller variationer i en utskriftsprocess. 3D -stegmotorer använder inte positionsåterkoppling, vilket gör det nästan omöjligt att kompensera för förändringar i processer eller avvikelser i mekanik.
    • Koderåterkoppling: robusta servosystem som erbjuder absolut givaråterkoppling behöver bara utföra en hemrutin en gång, vilket resulterar i större drifttid och kostnadsbesparingar. 3D -skrivare som använder stegmotorteknik saknar den här funktionen och måste hemsökas varje gång de startas.
    • Feedbackavkänning: en extruder av en 3D -skrivare kan ofta vara en flaskhals i utskriftsprocessen, och en stegmotor har inte förmågan att återkänna feedback för att upptäcka en extruderstopp - ett underskott som kan leda till att ett helt utskriftsjobb förstörs. Med detta i åtanke kan servosystemet upptäcka extruder -säkerhetskopior och förhindra att filament avlägsnas. Nyckeln till överlägsen utskriftsprestanda är att ha ett system med slutna kretsar centrerat kring en högupplöst optisk kodare. Servomotorer med en 24-bitars absolut högupplöst pulsgivare kan ge 16 777 216 bitar med sluten återkopplingsåterkopplingsupplösning för större axel- och extrudernoggrannhet, samt synkronisering och stoppskydd.
  • Högpresterande robotar: Precis som robusta servomotorer förvandlar additiva applikationer, så är också robotar. Deras utmärkta banprestanda, stela mekaniska struktur och höga dammskydd (IP)-kombinerat med avancerad antivibrationskontroll och fleraxlig kapacitet-gör mycket flexibla sexaxliga robotar till ett idealiskt alternativ för de krävande processer som omger användning av 3D skrivare, liksom viktiga åtgärder för subtraktiv tillverkning och hybrid additiva/subtraktiva metoder.
    Robotautomation som är gratis för 3D-utskriftsmaskiner innebär i stor utsträckning hantering av tryckta delar i installationer med flera maskiner. Från att lossa enskilda delar från skrivaren, till att separera delar efter en flerdelad utskriftscykel, optimerar mycket flexibla och effektiva robotar driften för större genomströmning och produktivitetsvinster.
    Med traditionell 3D -utskrift är robotar hjälpsamma med pulverhantering, påfyllning av skrivarpulver vid behov och avlägsnande av pulver från färdiga delar. På samma sätt uppnås enkelt andra efterbehandlingsuppgifter som är populära vid metalltillverkning, såsom slipning, polering, avgradning eller skärning. Kvalitetskontroll, liksom förpacknings- och logistikbehov möts också direkt med robotteknik, vilket gör att tillverkare kan fokusera sin tid på högre mervärdesarbete, som anpassad tillverkning.
    För större arbetsstycken används industrirobotar med lång räckvidd för att direkt flytta ett 3D-skrivarekstruderingshuvud. 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 klassisk snabb prototypning används robotar för tillverkning av stora volymdelar i fri form, formformar, 3D-formade fackverkskonstruktioner och storformade hybriddelar.
  • Fleraxliga maskinkontroller: Innovativ teknik för att ansluta upp till 62 rörelseaxlar i en enda miljö gör nu multisynkronisering av ett brett utbud av industrirobotar, servosystem och frekvensomriktare som används i additiva, subtraktiva och hybridprocesser möjliga. En hel familj av enheter kan nu arbeta sömlöst tillsammans under fullständig kontroll och övervakning av en PLC (Programmable Logic Controller) eller IEC -maskinstyrenhet, till exempel MP3300iec. Ofta programmerade med ett dynamiskt 61131 IEC-programvarupaket, till exempel MotionWorks IEC, använder professionella plattformar som detta välbekanta verktyg (dvs RepRap G-koder, funktionsblockdiagram, strukturerad text, stege diagram, etc.). För att underlätta enkel integration och optimera maskinens drifttid ingår färdiga verktyg som kompensering för sängutjämning, tryckstegskontroll för extruder, multipel spindel och extruderkontroll.
  • Avancerade tillverkningsgränssnitt: Mycket fördelaktigt för applikationer inom 3D-utskrift, formskärning, maskinverktyg och robotik, olika mjukvarupaket kan snabbt leverera ett enkelt att anpassa grafiskt maskingränssnitt, vilket ger en väg till större mångsidighet. Designad med kreativitet och optimering i åtanke, intuitiva plattformar, som Yaskawa Compass, gör det möjligt för tillverkare att märka och enkelt anpassa skärmar. Från att inkludera kärnmaskinens attribut till att tillgodose kundernas behov krävs lite programmering-eftersom dessa verktyg tillhandahåller ett omfattande bibliotek med förbyggda C#-plug-ins eller möjliggör import av anpassade plug-ins.

RESA SIG ÖVER

Medan de enda additiva och subtraktiva processerna förblir populära, kommer ett större skifte mot hybridadditiv/subtraktivmetoden att ske under de närmaste åren. Förväntas växa med en sammansatt årlig tillväxttakt (CAGR) på 14,8 procent till 20271, hybridmarknaden för additiv tillverkningsmaskin är redo att möta uppgången i växande kundkrav. För att komma över konkurrenterna bör tillverkarna väga fördelar och nackdelar med hybridmetoden för sin verksamhet. Med förmågan att producera delar efter behov, till en kraftig minskning av koldioxidavtrycket, erbjuder hybridadditiven/subtraktiva processen några attraktiva fördelar. Den avancerade tekniken för dessa processer bör dock inte förbises och bör implementeras på butiksgolv för att underlätta högre produktivitet och produktkvalitet.


Posttid: 13-13-2021