Động cơ servo và robot đang chuyển đổi các ứng dụng phụ gia. Tìm hiểu các mẹo và ứng dụng mới nhất khi triển khai tự động hóa robot và điều khiển chuyển động tiên tiến cho sản xuất phụ gia và trừ, cũng như những gì tiếp theo: hãy nghĩ đến các phương pháp phụ gia/trừ lai.
TIẾN BỘ TỰ ĐỘNG HÓA
Bởi Sarah Mellish và RoseMary Burns
Việc áp dụng các thiết bị chuyển đổi năng lượng, công nghệ điều khiển chuyển động, robot cực kỳ linh hoạt và sự kết hợp đa dạng của các công nghệ tiên tiến khác là những yếu tố thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của các quy trình chế tạo mới trên toàn bộ bối cảnh công nghiệp. Cách mạng hóa cách thức chế tạo nguyên mẫu, bộ phận và sản phẩm, sản xuất cộng và trừ là hai ví dụ chính đã mang lại hiệu quả và tiết kiệm chi phí mà các nhà chế tạo tìm cách duy trì khả năng cạnh tranh.
Được gọi là in 3D, sản xuất bồi đắp (AM) là một phương pháp không theo truyền thống, thường sử dụng dữ liệu thiết kế kỹ thuật số để tạo ra các vật thể ba chiều rắn bằng cách kết hợp vật liệu từng lớp một từ dưới lên. Thường tạo ra các bộ phận gần dạng lưới (NNS) mà không có chất thải, việc sử dụng AM cho cả thiết kế sản phẩm cơ bản và phức tạp tiếp tục thâm nhập vào các ngành công nghiệp như ô tô, hàng không vũ trụ, năng lượng, y tế, vận tải và sản phẩm tiêu dùng. Ngược lại, quy trình trừ đòi hỏi phải loại bỏ các phần khỏi khối vật liệu bằng cách cắt hoặc gia công có độ chính xác cao để tạo ra sản phẩm 3D.
Mặc dù có những khác biệt chính, các quy trình cộng và trừ không phải lúc nào cũng loại trừ lẫn nhau — vì chúng có thể được sử dụng để bổ sung cho các giai đoạn phát triển sản phẩm khác nhau. Một mô hình khái niệm ban đầu hoặc nguyên mẫu thường được tạo ra bằng quy trình cộng. Khi sản phẩm đó được hoàn thiện, có thể cần các lô lớn hơn, mở ra cánh cửa cho sản xuất trừ. Gần đây hơn, khi thời gian là yếu tố cốt yếu, các phương pháp cộng/trừ lai đang được áp dụng cho những việc như sửa chữa các bộ phận bị hư hỏng/mòn hoặc tạo ra các bộ phận chất lượng với thời gian chờ ngắn hơn.
TỰ ĐỘNG HÓA TIẾP THEO
Để đáp ứng nhu cầu khắt khe của khách hàng, các nhà chế tạo đang tích hợp một loạt các vật liệu dây như thép không gỉ, niken, coban, crom, titan, nhôm và các kim loại khác không giống nhau vào cấu trúc bộ phận của họ, bắt đầu bằng một chất nền mềm nhưng chắc và hoàn thiện bằng một thành phần cứng, chống mài mòn. Một phần, điều này đã cho thấy nhu cầu về các giải pháp hiệu suất cao để tăng năng suất và chất lượng trong cả môi trường sản xuất cộng và trừ, đặc biệt là khi liên quan đến các quy trình như sản xuất cộng hồ quang dây (WAAM), WAAM-trừ, phủ laser-trừ hoặc trang trí. Các điểm nổi bật bao gồm:
- Công nghệ Servo tiên tiến:Để giải quyết tốt hơn các mục tiêu về thời gian đưa sản phẩm ra thị trường và các thông số kỹ thuật thiết kế của khách hàng, liên quan đến độ chính xác về kích thước và chất lượng hoàn thiện, người dùng cuối đang chuyển sang máy in 3D tiên tiến với hệ thống servo (thay vì động cơ bước) để kiểm soát chuyển động tối ưu. Những lợi ích của động cơ servo, chẳng hạn như Sigma-7 của Yaskawa, đảo ngược quy trình gia công, giúp các nhà chế tạo khắc phục các vấn đề phổ biến thông qua khả năng tăng cường máy in:
- Chống rung: động cơ servo mạnh mẽ có bộ lọc chống rung cũng như bộ lọc chống cộng hưởng và bộ lọc khía, tạo ra chuyển động cực kỳ mượt mà có thể loại bỏ các đường bậc thang khó chịu về mặt thị giác do gợn mô-men xoắn của động cơ bước.
- Tăng tốc độ: tốc độ in 350 mm/giây giờ đây đã trở thành hiện thực, nhanh hơn gấp đôi tốc độ in trung bình của máy in 3D sử dụng động cơ bước. Tương tự như vậy, tốc độ di chuyển lên đến 1.500 mm/giây có thể đạt được khi sử dụng động cơ quay hoặc lên đến 5 mét/giây khi sử dụng công nghệ servo tuyến tính. Khả năng tăng tốc cực nhanh được cung cấp thông qua servo hiệu suất cao cho phép đầu in 3D di chuyển đến đúng vị trí của chúng nhanh hơn. Điều này giúp giảm nhu cầu làm chậm toàn bộ hệ thống để đạt được chất lượng hoàn thiện mong muốn. Sau đó, nâng cấp về điều khiển chuyển động này cũng có nghĩa là người dùng cuối có thể chế tạo nhiều bộ phận hơn mỗi giờ mà không ảnh hưởng đến chất lượng.
- Tự động điều chỉnh: hệ thống servo có thể tự động thực hiện điều chỉnh tùy chỉnh, giúp thích ứng với những thay đổi trong cơ chế của máy in hoặc sự khác biệt trong quy trình in. Động cơ bước 3D không sử dụng phản hồi vị trí, khiến việc bù trừ cho những thay đổi trong quy trình hoặc sự khác biệt trong cơ chế trở nên gần như không thể.
- Phản hồi mã hóa: hệ thống servo mạnh mẽ cung cấp phản hồi mã hóa tuyệt đối chỉ cần thực hiện một quy trình về đích một lần, giúp tiết kiệm thời gian hoạt động và chi phí hơn. Máy in 3D sử dụng công nghệ động cơ bước không có tính năng này và cần được về đích mỗi khi bật nguồn.
- Cảm biến phản hồi: bộ đùn của máy in 3D thường có thể là nút thắt trong quy trình in và động cơ bước không có khả năng cảm biến phản hồi để phát hiện kẹt bộ đùn — một thiếu sót có thể dẫn đến hỏng toàn bộ lệnh in. Với điều này, hệ thống servo có thể phát hiện các bản sao lưu của bộ đùn và ngăn ngừa tình trạng tước sợi nhựa. Chìa khóa để có hiệu suất in vượt trội là có một hệ thống vòng kín tập trung xung quanh bộ mã hóa quang học có độ phân giải cao. Động cơ servo với bộ mã hóa có độ phân giải cao tuyệt đối 24 bit có thể cung cấp 16.777.216 bit độ phân giải phản hồi vòng kín để có độ chính xác trục và bộ đùn cao hơn, cũng như đồng bộ hóa và bảo vệ chống kẹt.
- Robot hiệu suất cao:Cũng giống như động cơ servo mạnh mẽ đang chuyển đổi các ứng dụng gia công phụ gia, robot cũng vậy. Hiệu suất đường dẫn tuyệt vời, cấu trúc cơ học cứng cáp và xếp hạng bảo vệ bụi (IP) cao — kết hợp với khả năng kiểm soát chống rung tiên tiến và khả năng đa trục — khiến robot sáu trục có độ linh hoạt cao trở thành lựa chọn lý tưởng cho các quy trình đòi hỏi khắt khe bao quanh việc sử dụng máy in 3D, cũng như các hành động chính cho phương pháp sản xuất trừ và phương pháp cộng/trừ lai.
Tự động hóa bằng rô bốt bổ sung cho máy in 3D bao gồm rộng rãi việc xử lý các bộ phận in trong các cài đặt nhiều máy. Từ việc dỡ từng bộ phận khỏi máy in, đến tách các bộ phận sau chu kỳ in nhiều bộ phận, rô bốt có tính linh hoạt cao và hiệu quả tối ưu hóa hoạt động để có thông lượng và năng suất cao hơn.
Với công nghệ in 3D truyền thống, robot hữu ích trong việc quản lý bột, nạp lại bột máy in khi cần và loại bỏ bột khỏi các bộ phận đã hoàn thiện. Tương tự như vậy, các nhiệm vụ hoàn thiện bộ phận khác phổ biến với chế tạo kim loại như mài, đánh bóng, loại bỏ gờ hoặc cắt đều dễ dàng thực hiện được. Kiểm tra chất lượng, cũng như nhu cầu đóng gói và hậu cần cũng đang được đáp ứng trực tiếp bằng công nghệ robot, giải phóng các nhà chế tạo để tập trung thời gian vào công việc có giá trị gia tăng cao hơn, như chế tạo tùy chỉnh.
Đối với các phôi lớn hơn, robot công nghiệp tầm xa đang được chế tạo để di chuyển trực tiếp đầu đùn của máy in 3D. Điều này, kết hợp với các công cụ ngoại vi như đế xoay, bộ định vị, đường ray tuyến tính, giàn và nhiều thứ khác, đang cung cấp không gian làm việc cần thiết để tạo ra các cấu trúc dạng tự do không gian. Ngoài việc tạo mẫu nhanh cổ điển, robot đang được sử dụng để chế tạo các bộ phận dạng tự do khối lượng lớn, khuôn mẫu, kết cấu giàn hình 3D và các bộ phận lai định dạng lớn. - Bộ điều khiển máy đa trục:Công nghệ tiên tiến để kết nối tới 62 trục chuyển động trong một môi trường duy nhất hiện đang giúp đồng bộ hóa nhiều loại rô-bốt công nghiệp, hệ thống servo và bộ truyền động tần số thay đổi được sử dụng trong các quy trình cộng, trừ và lai trở nên khả thi. Toàn bộ một nhóm thiết bị hiện có thể hoạt động liền mạch với nhau dưới sự kiểm soát và giám sát hoàn toàn của PLC (Bộ điều khiển logic lập trình) hoặc bộ điều khiển máy IEC, chẳng hạn như MP3300iec. Thường được lập trình bằng gói phần mềm IEC 61131 động, chẳng hạn như MotionWorks IEC, các nền tảng chuyên nghiệp như thế này sử dụng các công cụ quen thuộc (tức là, mã G RepRap, Sơ đồ khối chức năng, Văn bản có cấu trúc, Sơ đồ bậc thang, v.v.). Để tạo điều kiện tích hợp dễ dàng và tối ưu hóa thời gian hoạt động của máy, các công cụ làm sẵn như bù cân bằng giường, điều khiển áp suất đầu đùn, điều khiển nhiều trục chính và máy đùn được bao gồm.
- Giao diện người dùng sản xuất tiên tiến:Rất có lợi cho các ứng dụng trong in 3D, cắt hình dạng, máy công cụ và rô bốt, các gói phần mềm đa dạng có thể nhanh chóng cung cấp giao diện máy đồ họa dễ tùy chỉnh, cung cấp con đường dẫn đến tính linh hoạt cao hơn. Được thiết kế với sự sáng tạo và tối ưu hóa, các nền tảng trực quan, như Yaskawa Compass, cho phép các nhà sản xuất tạo thương hiệu và dễ dàng tùy chỉnh màn hình. Từ việc bao gồm các thuộc tính máy cốt lõi đến việc đáp ứng nhu cầu của khách hàng, ít cần lập trình — vì các công cụ này cung cấp một thư viện rộng lớn các plug-in C# được dựng sẵn hoặc cho phép nhập các plug-in tùy chỉnh.
VƯƠN LÊN
Trong khi các quy trình cộng và trừ đơn vẫn phổ biến, một sự thay đổi lớn hơn đối với phương pháp cộng/trừ kết hợp sẽ diễn ra trong vài năm tới. Dự kiến sẽ tăng trưởng với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 14,8 phần trăm vào năm 20271, thị trường máy sản xuất phụ gia lai đang sẵn sàng đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng. Để vượt lên trên đối thủ cạnh tranh, các nhà sản xuất nên cân nhắc ưu và nhược điểm của phương pháp lai đối với hoạt động của họ. Với khả năng sản xuất các bộ phận khi cần thiết, để giảm đáng kể lượng khí thải carbon, quy trình phụ gia/trừ lai mang lại một số lợi ích hấp dẫn. Bất kể thế nào, các công nghệ tiên tiến cho các quy trình này không nên bị bỏ qua và nên được triển khai tại các xưởng để tạo điều kiện cho năng suất và chất lượng sản phẩm cao hơn.
Thời gian đăng: 13-08-2021
