Els servomotors i els robots estan transformant les aplicacions additives. Aprèn els consells i les aplicacions més recents a l'hora d'implementar l'automatització robòtica i el control de moviment avançat per a la fabricació additiva i subtractiva, així com el següent: pensa en mètodes híbrids additius/subtractius.
AVANÇANT 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 del ràpid creixement de nous processos de fabricació en tot 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 normalment utilitza dades de disseny digital per crear objectes tridimensionals sòlids fusionant materials capa per capa de baix a dalt. Sovint fabricant peces amb una forma gairebé neta (NNS) sense residus, l'ús de la FA 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 implica 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 són mútuament excloents, ja que es poden utilitzar per complementar diverses etapes del desenvolupament del producte. Sovint es crea un model conceptual o prototip inicial mitjançant el procés additiu. Un cop finalitzat el producte, poden ser necessaris lots més grans, cosa que obre la porta a la fabricació subtractiva. Més recentment, on el temps és essencial, s'apliquen mètodes híbrids additius/subtractius per a coses com la reparació de peces danyades/desgastades o la creació de peces de qualitat amb menys terminis de lliurament.
AUTOMATITZA ENDAVANT
Per satisfer les estrictes demandes dels clients, els fabricants estan integrant una gamma de materials de filferro com l'acer inoxidable, el níquel, el cobalt, el crom, el titani, l'alumini i altres metalls diferents en la construcció de les seves peces, començant amb un substrat tou però resistent i acabant amb un component dur i resistent al desgast. 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 tracta de processos com la fabricació additiva per arc de filferro (WAAM), la WAAM-subtractiva, el revestiment làser-subtractiva o la decoració. Els aspectes més destacats inclouen:
- Tecnologia servo avançada:Per abordar millor els objectius de temps de comercialització 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 sistemes servo (en lloc de motors pas a pas) per a un control de moviment òptim. Els avantatges dels servomotors, com el Sigma-7 de Yaskawa, capgiren el procés additiu, ajudant els fabricants a superar problemes comuns mitjançant capacitats de potenciació de la impressora:
- Supressió de vibracions: els servomotors robustos compten amb filtres de supressió de vibracions, així com filtres antiressonància i de muesca, que proporcionen un moviment extremadament suau que pot eliminar les línies esglaonades visualment desagradables causades per l'ondulació de parell del motor pas a pas.
- Millora de la velocitat: una velocitat d'impressió de 350 mm/segon ja és una realitat, cosa que duplica amb escreix la velocitat d'impressió mitjana d'una impressora 3D que utilitza un motor pas a pas. De la mateixa manera, es pot aconseguir una velocitat de desplaçament de fins a 1.500 mm/segon mitjançant tecnologia rotativa o de fins a 5 metres/segon mitjançant tecnologia de servos lineals. La capacitat d'acceleració extremadament ràpida que proporcionen els servos d'alt rendiment permet que els capçals d'impressió 3D es moguin a les seves posicions adequades més ràpidament. Això contribueix en gran mesura a alleujar la necessitat d'alentir tot un sistema per assolir la qualitat d'acabat desitjada. Posteriorment, aquesta millora en el control de moviment també significa que els usuaris finals poden fabricar més peces per hora sense sacrificar la qualitat.
- Ajust automàtic: els sistemes servo poden realitzar independentment el seu propi ajust personalitzat, cosa que 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 que sigui gairebé impossible compensar els canvis en els processos o les discrepàncies en la mecànica.
- Retroalimentació del codificador: els sistemes servo robusts que ofereixen retroalimentació absoluta del codificador només necessiten realitzar una rutina de retorn a la posició inicial una vegada, cosa que resulta en un major temps de funcionament i estalvi de costos. Les impressores 3D que utilitzen tecnologia de motor pas a pas no tenen aquesta característica i necessiten retornar-se a la posició inicial 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 bloqueig de l'extrusora, un dèficit que pot conduir a la ruïna de tota una feina d'impressió. Tenint això en compte, els servosistemes poden detectar còpies de seguretat de l'extrusora i evitar el desgast del filament. La clau per a 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 de bucle tancat per a una major precisió de l'eix i de l'extrusora, així com sincronització i protecció contra bloquejos.
- Robots d'alt rendiment:De la mateixa manera que els servomotors robustos estan transformant les aplicacions additives, també ho fan els robots. El seu excel·lent rendiment de trajectòria, la seva estructura mecànica rígida i les seves altes classificacions de protecció contra la pols (IP), combinades amb un control antivibració avançat i una capacitat multieix, fan que els robots de sis eixos altament flexibles siguin una opció ideal per als processos exigents que envolten la utilització d'impressores 3D, així com per a accions clau per a la fabricació subtractiva i els mètodes híbrids additius/subtractius.
L'automatització robòtica complementària a les màquines d'impressió 3D implica àmpliament la manipulació de peces impreses en instal·lacions multimàquina. 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 peces, els robots altament flexibles i eficients optimitzen les operacions per a un major rendiment i guanys de productivitat.
Amb la impressió 3D tradicional, els robots són útils per a la gestió de la pols, reomplint la pols de la impressora quan cal i eliminant la pols de les peces acabades. De la mateixa manera, altres tasques d'acabat de peces populars en la fabricació de metalls com el mòlt, el polit, el desbarbat o el tall es realitzen fàcilment. La inspecció de qualitat, així com les necessitats d'embalatge i logística, també es satisfan directament amb la tecnologia robòtica, cosa que allibera els fabricants per concentrar el seu temps en treballs de més valor afegit, com la fabricació personalitzada.
Per a peces 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 ara bases giratòries, posicionadors, pistes lineals, pòrtics i més, proporciona l'espai de treball necessari per crear estructures espacials de forma lliure. A més del prototipatge ràpid clàssic, s'utilitzen robots per a la fabricació de peces de forma lliure de gran volum, formes de motlle, construccions de gelosies en forma 3D i peces híbrides de gran format. - Controladors de màquines multieix:La tecnologia innovadora per connectar fins a 62 eixos de moviment en un sol entorn ara fa possible la multisincronització d'una àmplia gamma de robots industrials, servosistemes i variadors de freqüència utilitzats en els processos additius, subtractius i híbrids. Tota una família de dispositius ara pot treballar junts sense problemes 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 IEC 61131 dinàmic, com ara MotionWorks IEC, les plataformes professionals com aquesta utilitzen eines familiars (és a dir, codis G RepRap, diagrama de blocs de funcions, text estructurat, diagrama d'escala, etc.). Per facilitar la integració i optimitzar el temps de funcionament de la màquina, s'inclouen eines predefinides com la compensació de nivellació del llit, el control d'avanç de la pressió de l'extrusora, el control de múltiples eixos i extrusores.
- Interfícies d'usuari de fabricació avançada:Molt beneficiosos per a aplicacions en impressió 3D, tall de formes, màquines-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, plataformes intuitives, com Yaskawa Compass, permeten als fabricants personalitzar fàcilment les pantalles. Des d'incloure els atributs bàsics de la màquina fins a adaptar-se a les necessitats dels clients, es requereix poca programació, ja que aquestes eines proporcionen una extensa biblioteca de complements C# preconstruïts o permeten la importació de complements personalitzats.
AIXECA'T PER DALT
Tot i que els processos additius i subtractius únics continuen sent populars, durant els propers anys es produirà un canvi més gran cap al mètode híbrid additiu/subtractiu. Es preveu que creixi a una taxa de creixement anual composta (CAGR) del 14,8 per cent el 2027.1, el mercat de màquines de fabricació additiva híbrida està preparat per satisfer l'augment de les demandes canviants dels clients. Per superar la competència, els fabricants haurien de sospesar els avantatges i els inconvenients del mètode híbrid per a les seves operacions. Amb la capacitat de produir peces segons calgui, amb una reducció important de la petjada de carboni, el procés híbrid additiu/subtractiu ofereix alguns avantatges atractius. Independentment d'això, les tecnologies avançades per a aquests processos no s'han de passar per alt i s'han d'implementar a les plantes de producció per facilitar una major productivitat i qualitat del producte.
Data de publicació: 13 d'agost de 2021
