Els servomotors i els robots estan transformant les aplicacions d'additius. Apreneu els darrers consells i aplicacions a l'hora d'implementar l'automatització robòtica i el control de moviment avançat per a la fabricació additiva i subtractiva, així com el que ve a continuació: penseu en mètodes híbrids additius/subtractius.
AVANÇAMENT DE L'AUTOMATITZACIÓ
De Sarah Mellish i RoseMary Burns
L'adopció de dispositius de conversió d'energia, tecnologia de control de moviment, robots extremadament flexibles i una barreja eclèctica d'altres tecnologies avançades són factors impulsors per al ràpid creixement de nous processos de fabricació en el panorama industrial. Revolucionant la manera com es fabriquen prototips, peces i productes, la fabricació additiva i subtractiva són dos exemples principals que han proporcionat l'eficiència i l'estalvi de costos que els fabricants busquen per mantenir-se competitius.
Coneguda com a impressió 3D, la fabricació additiva (AM) és un mètode no tradicional que sol utilitzar dades de disseny digital per crear objectes sòlids tridimensionals fusionant materials capa per capa de baix a dalt. Sovint, fent peces de forma propera a la xarxa (NNS) sense residus, l'ús de l'AM per a dissenys de productes bàsics i complexos continua impregnant indústries com l'automoció, l'aeroespacial, l'energia, la medicina, el transport i els productes de consum. Per contra, el procés subtractiu consisteix a eliminar seccions d'un bloc de material mitjançant un tall o mecanitzat d'alta precisió per crear un producte 3D.
Malgrat les diferències clau, els processos additius i subtractius no sempre s'exclouen mútuament, ja que es poden utilitzar per complementar diverses etapes del desenvolupament del producte. Sovint es crea un model o prototip inicial del concepte mitjançant el procés additiu. Un cop finalitzat aquest producte, es poden requerir lots més grans, obrint la porta a la fabricació subtractiva. Més recentment, on el temps és essencial, s'estan aplicant mètodes híbrids additius/subtractius per a coses com la reparació de peces danyades/desgastades o la creació de peces de qualitat amb menys temps de lliurament.
AVANÇAMENT AUTOMATITZAT
Per satisfer les estrictes demandes dels clients, els fabricants estan integrant una gamma de materials de filferro com acer inoxidable, níquel, cobalt, crom, titani, alumini i altres metalls diferents en la seva construcció de peces, començant amb un substrat suau però fort i acabant amb un desgast dur. -component resistent. En part, això ha revelat la necessitat de solucions d'alt rendiment per a una major productivitat i qualitat tant en entorns de fabricació additiva com subtractiva, especialment quan es refereix a processos com la fabricació additiva d'arc de filferro (WAAM), WAAM-subtractiu, revestiment làser-subtractiu o decoració. Els aspectes més destacats inclouen:
- Tecnologia servo avançada:Per abordar millor els objectius de temps de llançament al mercat i les especificacions de disseny del client, pel que fa a la precisió dimensional i la qualitat de l'acabat, els usuaris finals recorren a impressores 3D avançades amb servosistemes (a través de motors pas a pas) per a un control òptim del moviment. Els avantatges dels servomotors, com el Sigma-7 de Yaskawa, canvien el procés d'additiu, ajudant els fabricants a superar els problemes habituals mitjançant les capacitats d'augment de la impressora:
- Supressió de vibracions: els servomotors robusts disposen de filtres de supressió de vibracions, així com filtres anti-ressonància i d'osca, produint un moviment extremadament suau que pot eliminar les línies esglaonades visualment desagradables causades per la ondulació del parell del motor pas a pas.
- Millora de la velocitat: una velocitat d'impressió de 350 mm/s és ara una realitat, més que duplica la velocitat mitjana d'impressió d'una impressora 3D amb un motor pas a pas. De la mateixa manera, es pot assolir una velocitat de desplaçament de fins a 1.500 mm/s amb rotatiu o fins a 5 metres/s amb tecnologia servo lineal. La capacitat d'acceleració extremadament ràpida que ofereix els servos d'alt rendiment permet moure els capçals d'impressió 3D a les seves posicions adequades més ràpidament. Això ajuda en gran mesura a alleujar la necessitat de frenar tot un sistema per assolir la qualitat d'acabat desitjada. Posteriorment, aquesta actualització del control de moviment també significa que els usuaris finals poden fabricar més peces per hora sense sacrificar la qualitat.
- Afinació automàtica: els servosistemes poden realitzar de manera independent la seva pròpia afinació personalitzada, la qual cosa permet adaptar-se als canvis en la mecànica d'una impressora o a les variacions en un procés d'impressió. Els motors pas a pas 3D no utilitzen retroalimentació de posició, cosa que fa gairebé impossible compensar els canvis en els processos o les discrepàncies en la mecànica.
- Retroalimentació del codificador: els sistemes servo robusts que ofereixen una retroalimentació absoluta del codificador només necessiten realitzar una rutina d'homing una vegada, el que resulta en un major temps de funcionament i estalvi de costos. Les impressores 3D que utilitzen la tecnologia del motor pas a pas no tenen aquesta funció i s'han d'ubicar cada vegada que s'encenen.
- Detecció de retroalimentació: una extrusora d'una impressora 3D sovint pot ser un coll d'ampolla en el procés d'impressió, i un motor pas a pas no té la capacitat de detecció de retroalimentació per detectar un embús de l'extrusora, un dèficit que pot provocar la ruïna de tot un treball d'impressió. Tenint això en compte, els sistemes servo poden detectar còpies de seguretat de l'extrusora i evitar que el filament es desprengui. La clau per obtenir un rendiment d'impressió superior és tenir un sistema de bucle tancat centrat al voltant d'un codificador òptic d'alta resolució. Els servomotors amb un codificador d'alta resolució absoluta de 24 bits poden proporcionar 16.777.216 bits de resolució de retroalimentació en bucle tancat per a una major precisió de l'eix i l'extrusora, així com la sincronització i la protecció contra embussos.
- Robots d'alt rendiment:De la mateixa manera que els servomotors robusts estan transformant les aplicacions d'additius, també ho són els robots. El seu excel·lent rendiment en el recorregut, l'estructura mecànica rígida i les altes classificacions de protecció contra la pols (IP), combinats amb un control antivibració avançat i una capacitat de múltiples eixos, fan que els robots de sis eixos altament flexibles siguin una opció ideal per als processos exigents que envolten la utilització del 3D. impressores, així com accions clau per a la fabricació subtractiva i mètodes híbrids additiu/subtractiu.
L'automatització robòtica complementària a les màquines d'impressió 3D implica àmpliament la manipulació de peces impreses en instal·lacions de diverses màquines. Des de la descàrrega de peces individuals de la màquina d'impressió fins a la separació de peces després d'un cicle d'impressió de diverses parts, els robots altament flexibles i eficients optimitzen les operacions per obtenir un major rendiment i guanys de productivitat.
Amb la impressió 3D tradicional, els robots són útils amb la gestió de la pols, omplint la pols de la impressora quan calgui i eliminant la pols de les peces acabades. De la mateixa manera, s'aconsegueixen fàcilment altres tasques d'acabat de peces populars en la fabricació de metalls, com ara el rectificat, el polit, el desbarbat o el tall. La inspecció de qualitat, així com les necessitats d'embalatge i logística també s'estan satisfent directament amb la tecnologia robòtica, alliberant els fabricants per centrar el seu temps en treballs de major valor afegit, com ara la fabricació personalitzada.
Per a peces de treball més grans, s'estan equipant robots industrials de llarg abast per moure directament un capçal d'extrusió d'una impressora 3D. Això, juntament amb eines perifèriques com bases giratòries, posicionadors, pistes lineals, pòrtics i més, proporcionen l'espai de treball necessari per crear estructures de forma lliure espacial. A part del prototipat ràpid clàssic, s'estan utilitzant robots per a la fabricació de peces de forma lliure de gran volum, formes de motlle, construccions d'armadura en forma 3D i peces híbrides de gran format. - Controladors de màquina multieix:La tecnologia innovadora per connectar fins a 62 eixos de moviment en un sol entorn fa que ara sigui possible la sincronització múltiple d'una àmplia gamma de robots industrials, servosistemes i variadors de freqüència utilitzats en els processos additius, subtractius i híbrids. Una família sencera de dispositius ara pot treballar perfectament junts sota el control i la supervisió complets d'un PLC (controlador lògic programable) o un controlador de màquina IEC, com ara el MP3300iec. Sovint programades amb un paquet de programari 61131 IEC dinàmic, com ara MotionWorks IEC, plataformes professionals com aquesta utilitzen eines familiars (és a dir, codis G RepRap, diagrama de blocs de funció, text estructurat, diagrama d'escales, etc.). Per facilitar la integració i optimitzar el temps de funcionament de la màquina, s'inclouen eines preparades com la compensació d'anivellament del llit, el control d'avanç de la pressió de l'extrusora, el control de múltiples cargols i el control de l'extrusora.
- Interfícies d'usuari de fabricació avançada:Molt beneficiosos per a aplicacions en impressió 3D, tall de formes, màquina-eina i robòtica, diversos paquets de programari poden oferir ràpidament una interfície gràfica de màquina fàcil de personalitzar, proporcionant un camí cap a una major versatilitat. Dissenyades tenint en compte la creativitat i l'optimització, les plataformes intuïtives, com Yaskawa Compass, permeten als fabricants marcar i personalitzar fàcilment les pantalles. Des d'incloure els atributs bàsics de la màquina fins a satisfer les necessitats del client, es necessita poca programació, ja que aquestes eines proporcionen una àmplia biblioteca de connectors C# preconstruïts o permeten la importació de connectors personalitzats.
PUJAR PER DAVANT
Si bé els processos additius i subtractius individuals segueixen sent populars, durant els propers anys es produirà un canvi més gran cap al mètode híbrid additiu/subtractiu. S'espera que creixi a una taxa de creixement anual composta (CAGR) del 14,8% el 20271, el mercat de màquines de fabricació additiva híbrida està preparat per satisfer l'augment de les demandes dels clients en evolució. Per superar la competència, els fabricants haurien de valorar els avantatges i els contres del mètode híbrid per a les seves operacions. Amb la capacitat de produir peces segons sigui necessari, amb una reducció important de la petjada de carboni, el procés híbrid additiu/subtractiu ofereix alguns beneficis atractius. En qualsevol cas, les tecnologies avançades per a aquests processos no s'han de passar per alt i s'han d'implementar a les plantes per facilitar una major productivitat i qualitat del producte.
Hora de publicació: 13-agost-2021
