Servomotoren en robots transformeren additieve toepassingen. Leer de nieuwste tips en toepassingen bij het implementeren van robotautomatisering en geavanceerde bewegingscontrole voor additieve en subtractieve productie, en wat de volgende stap is: denk aan hybride additieve/subtractieve methoden.
VOORUITGANGENDE AUTOMATISERING
Door Sarah Mellish en RoseMary Burns
De adoptie van apparaten voor stroomconversie, motion control-technologie, extreem flexibele robots en een eclectische mix van andere geavanceerde technologieën zijn drijvende factoren voor de snelle groei van nieuwe fabricageprocessen in het industriële landschap. Additieve en subtractieve productie, die een revolutie teweegbrengen in de manier waarop prototypes, onderdelen en producten worden gemaakt, zijn twee uitstekende voorbeelden die hebben gezorgd voor de efficiëntie en kostenbesparingen die fabrikanten proberen concurrerend te blijven.
Additive manufacturing (AM), ook wel 3D-printen genoemd, is een niet-traditionele methode die gewoonlijk digitale ontwerpgegevens gebruikt om solide driedimensionale objecten te creëren door materialen laag voor laag van onder naar boven samen te smelten. Vaak worden er NNS-onderdelen (near-net-shape) gemaakt zonder afval, maar het gebruik van AM voor zowel eenvoudige als complexe productontwerpen blijft doordringen in sectoren als de automobielsector, de lucht- en ruimtevaart, de energiesector, de medische sector, de transportsector en consumentenproducten. Integendeel, het subtractieve proces houdt in dat secties uit een blok materiaal worden verwijderd door zeer nauwkeurig snijden of bewerken om een 3D-product te creëren.
Ondanks belangrijke verschillen sluiten de additieve en subtractieve processen elkaar niet altijd uit, omdat ze kunnen worden gebruikt als aanvulling op verschillende stadia van productontwikkeling. Vaak wordt via het additieve proces een vroeg conceptmodel of prototype gecreëerd. Zodra dat product klaar is, zijn er mogelijk grotere batches nodig, waardoor de deur opengaat voor subtractieve productie. Meer recentelijk, waar tijd van essentieel belang is, worden hybride additieve/subtractieve methoden toegepast voor zaken als het repareren van beschadigde/versleten onderdelen of het maken van kwaliteitsonderdelen met minder doorlooptijd.
AUTOMATISEER VOORUIT
Om aan de strenge eisen van de klant te voldoen, integreren fabrikanten een reeks draadmaterialen zoals roestvrij staal, nikkel, kobalt, chroom, titanium, aluminium en andere ongelijksoortige metalen in hun onderdeelconstructie, beginnend met een zacht maar sterk substraat en eindigend met een harde, slijtvaste ondergrond. -bestendig onderdeel. Gedeeltelijk heeft dit de behoefte aan hoogwaardige oplossingen voor een grotere productiviteit en kwaliteit aan het licht gebracht in zowel additieve als subtractieve productieomgevingen, vooral waar het processen betreft zoals wire arc additive manufacturing (WAAM), WAAM-subtractief, lasercladding-subtractief of decoratie. Hoogtepunten zijn onder meer:
- Geavanceerde servotechnologie:Om beter te kunnen voldoen aan de time-to-market-doelstellingen en de ontwerpspecificaties van klanten, waar het gaat om dimensionale precisie en afwerkingskwaliteit, wenden eindgebruikers zich tot geavanceerde 3D-printers met servosystemen (in plaats van stappenmotoren) voor optimale bewegingscontrole. De voordelen van servomotoren, zoals Yaskawa's Sigma-7, zetten het additieve proces op zijn kop, waardoor fabrikanten veelvoorkomende problemen kunnen overwinnen via mogelijkheden voor printerverbetering:
- Trillingsonderdrukking: robuuste servomotoren zijn voorzien van trillingsonderdrukkingsfilters, evenals anti-resonantie- en notch-filters, wat een extreem soepele beweging oplevert die de visueel onaangename getrapte lijnen kan elimineren die worden veroorzaakt door koppelrimpels van de stappenmotor.
- Snelheidsverbetering: een printsnelheid van 350 mm/sec is nu werkelijkheid, wat meer dan een verdubbeling is van de gemiddelde printsnelheid van een 3D-printer met behulp van een stappenmotor. Op dezelfde manier kan een rijsnelheid tot 1.500 mm/sec worden bereikt met behulp van roterende servomotoren of tot 5 meter/sec met behulp van lineaire servotechnologie. Dankzij het extreem snelle acceleratievermogen van krachtige servo's kunnen 3D-printkoppen sneller naar de juiste positie worden verplaatst. Dit verlicht de noodzaak om een heel systeem te vertragen om de gewenste afwerkingskwaliteit te bereiken. Vervolgens betekent deze upgrade in motion control ook dat eindgebruikers meer onderdelen per uur kunnen fabriceren zonder dat dit ten koste gaat van de kwaliteit.
- Automatische afstemming: servosystemen kunnen zelfstandig hun eigen aangepaste afstemming uitvoeren, waardoor aanpassing aan veranderingen in de mechanica van een printer of variaties in een printproces mogelijk is. 3D-stappenmotoren maken geen gebruik van positiefeedback, waardoor het vrijwel onmogelijk is om veranderingen in processen of discrepanties in de mechanica te compenseren.
- Encoderfeedback: robuuste servosystemen die absolute encoderfeedback bieden, hoeven slechts één keer een homing-routine uit te voeren, wat resulteert in een grotere uptime en kostenbesparingen. 3D-printers die stappenmotortechnologie gebruiken, missen deze functie en moeten elke keer dat ze worden ingeschakeld, worden gehomed.
- Feedbackdetectie: een extruder van een 3D-printer kan vaak een knelpunt zijn in het printproces, en een stappenmotor beschikt niet over het feedbackdetectievermogen om een extruderstoring te detecteren – een tekort dat kan leiden tot de ondergang van een hele printtaak. Met dit in gedachten kunnen servosystemen back-ups van extruders detecteren en strippen van filamenten voorkomen. De sleutel tot superieure printprestaties is een gesloten systeem, gecentreerd rond een optische encoder met hoge resolutie. Servomotoren met een 24-bits encoder met absolute hoge resolutie kunnen 16.777.216 bits closed-loop feedbackresolutie bieden voor een grotere as- en extrudernauwkeurigheid, evenals synchronisatie en jambescherming.
- Hoogwaardige robots:Net zoals robuuste servomotoren additieve toepassingen transformeren, geldt dat ook voor robots. Hun uitstekende padprestaties, stijve mechanische structuur en hoge stofbeschermingsgraad (IP) – gecombineerd met geavanceerde anti-vibratiecontrole en meerassige mogelijkheden – maken zeer flexibele zesassige robots een ideale optie voor de veeleisende processen rond het gebruik van 3D printers, evenals belangrijke acties voor de subtractieve productie en hybride additieve/subtractieve methoden.
Robotautomatisering als aanvulling op 3D-printmachines omvat in grote lijnen de verwerking van geprinte onderdelen in installaties met meerdere machines. Van het ontladen van afzonderlijke onderdelen uit de printmachine tot het scheiden van onderdelen na een printcyclus met meerdere onderdelen: zeer flexibele en efficiënte robots optimaliseren de activiteiten voor een grotere doorvoer en productiviteitswinst.
Bij traditioneel 3D-printen helpen robots bij het poederbeheer, het bijvullen van printerpoeder wanneer dat nodig is en het verwijderen van poeder van afgewerkte onderdelen. Op dezelfde manier kunnen andere onderdelenafwerkingstaken die populair zijn bij de metaalproductie, zoals slijpen, polijsten, ontbramen of snijden, gemakkelijk worden uitgevoerd. Ook aan de kwaliteitsinspectie, de verpakkings- en logistieke behoeften wordt rechtstreeks voldaan met robottechnologie, waardoor fabrikanten hun tijd kunnen besteden aan werk met een hogere toegevoegde waarde, zoals maatwerk.
Voor grotere werkstukken worden industriële robots met een groot bereik uitgerust om een extrusiekop van een 3D-printer rechtstreeks te verplaatsen. Dit, in combinatie met randapparatuur zoals roterende bases, positioneerders, lineaire sporen, portalen en meer, biedt de werkruimte die nodig is om ruimtelijke structuren met vrije vorm te creëren. Naast de klassieke rapid prototyping worden robots gebruikt voor de vervaardiging van grote volumedelen met vrije vorm, matrijsvormen, 3D-vormige vakwerkconstructies en hybride onderdelen van groot formaat. - Meerassige machinebesturingen:Innovatieve technologie voor het verbinden van maximaal 62 bewegingsassen in één omgeving maakt nu multisynchronisatie mogelijk van een breed scala aan industriële robots, servosystemen en frequentieregelaars die worden gebruikt in de additieve, subtractieve en hybride processen. Een hele familie apparaten kan nu naadloos samenwerken onder de volledige controle en bewaking van een PLC (Programmable Logic Controller) of IEC-machinecontroller, zoals de MP3300iec. Vaak geprogrammeerd met een dynamisch 61131 IEC-softwarepakket, zoals MotionWorks IEC, gebruiken professionele platforms zoals deze bekende tools (dwz RepRap G-codes, functieblokdiagram, gestructureerde tekst, ladderdiagram, enz.). Om een eenvoudige integratie te vergemakkelijken en de uptime van de machine te optimaliseren, zijn kant-en-klare tools zoals bednivelleringscompensatie, extruderdrukvooruitgangsregeling, meervoudige spindel- en extruderregeling inbegrepen.
- Geavanceerde gebruikersinterfaces voor productie:Diverse softwarepakketten zijn zeer nuttig voor toepassingen op het gebied van 3D-printen, vormsnijden, gereedschapswerktuigen en robotica en kunnen snel een eenvoudig aan te passen grafische machine-interface leveren, die een weg naar grotere veelzijdigheid biedt. Intuïtieve platforms, zoals Yaskawa Compass, zijn ontworpen met creativiteit en optimalisatie in het achterhoofd en stellen fabrikanten in staat schermen van een merk te voorzien en eenvoudig aan te passen. Er is weinig programmering nodig, van het opnemen van kernmachinekenmerken tot het tegemoetkomen aan de behoeften van de klant, omdat deze tools een uitgebreide bibliotheek met vooraf gebouwde C#-plug-ins bieden of het importeren van aangepaste plug-ins mogelijk maken.
STIJG BOVEN
Hoewel de enkelvoudige additieve en subtractieve processen populair blijven, zal er de komende jaren een grotere verschuiving naar de hybride additieve/subtractieve methode plaatsvinden. Verwacht wordt dat de economie tegen 2027 zal groeien met een samengesteld jaarlijks groeipercentage (CAGR) van 14,8 procent1is de markt voor hybride additieve productiemachines klaar om tegemoet te komen aan de stijgende vraag van klanten. Om boven de concurrentie uit te stijgen, moeten fabrikanten de voor- en nadelen van de hybride methode voor hun activiteiten tegen elkaar afwegen. Met de mogelijkheid om onderdelen te produceren wanneer dat nodig is, waardoor de CO2-voetafdruk aanzienlijk wordt verkleind, biedt het hybride additieve/subtractieve proces een aantal aantrekkelijke voordelen. Hoe dan ook mogen de geavanceerde technologieën voor deze processen niet over het hoofd worden gezien en moeten ze op de werkvloer worden geïmplementeerd om een grotere productiviteit en productkwaliteit mogelijk te maken.
Posttijd: 13 augustus 2021
