Động cơ servo và robot đang chuyển đổi các ứng dụng phụ trợ.Tìm hiểu các mẹo và ứng dụng mới nhất khi triển khai tự động hóa robot và điều khiển chuyển động nâng cao cho sản xuất cộng và trừ, cũng như điều tiếp theo: hãy nghĩ đến các phương pháp cộng/trừ kết hợp.
TỰ ĐỘNG TIÊN TIẾN
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 trong bối cảnh công nghiệp.Cách mạng hóa cách tạo ra nguyên mẫu, bộ phận và sản phẩm, sản xuất cộng và trừ là hai ví dụ điển hình giúp các nhà chế tạo tiết kiệm chi phí và hiệu quả tìm cách duy trì tính cạnh tranh.
Được gọi là in 3D, sản xuất bồi đắp (AM) là một phương pháp phi truyền thống thường sử dụng dữ liệu thiết kế kỹ thuật số để tạo ra các vật thể ba chiều rắn bằng cách nung chảy từng lớp vật liệu từ dưới lên.Thường tạo ra các bộ phận gần dạng lưới (NNS) mà không lãng phí, 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 bao gồm việc 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.
Bất chấp 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 hỗ trợ các giai đoạn phát triển sản phẩm khác nhau.Một mô hình khái niệm hoặc nguyên mẫu ban đầu thường được tạo ra bằng quy trình phụ gia.Sau khi sản phẩm đó được hoàn thiện, có thể cần các lô lớn hơn, mở ra cơ hội cho sản xuất trừ dần.Gần đây hơn, khi thời gian là điều cốt yếu, các phương pháp cộng/trừ kết hợp 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 thực hiện ít hơn.
CHUYỂN TIẾP TỰ ĐỘNG
Để đáp ứng nhu cầu khắt khe của khách hàng, các nhà chế tạo đang tích hợp nhiều loại vật liệu dây như thép không gỉ, niken, coban, crom, titan, nhôm và các kim loại khác nhau vào cấu trúc bộ phận của họ, bắt đầu với chất nền mềm nhưng chắc chắn và hoàn thiện bằng lớp mài mòn cứng. -thành phần chịu lực.Điều này một phần cho thấy nhu cầu về các giải pháp hiệu suất cao để có năng suất và chất lượng cao hơn trong cả môi trường sản xuất cộng và trừ, đặc biệt là khi có liên quan đến các quy trình như sản xuất bồi đắp hồ quang dây (WAAM), trừ WAAM, trừ lớp phủ bằng laser hoặc trang trí.Điểm nổi bật bao gồm:
- Công nghệ servo tiên tiến:Để giải quyết tốt hơn các mục tiêu về thời gian đưa ra thị trường và thông số kỹ thuật thiết kế của khách hàng, trong đó có 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 có hệ thống servo (qua động cơ bước) để điều khiển chuyển động tối ưu.Lợi ích của động cơ servo, chẳng hạn như Sigma-7 của Yaskawa, giúp cải tiến quy trình phụ gia, giúp các nhà chế tạo khắc phục các vấn đề phổ biến thông qua khả năng tăng cường máy in:
- Khử rung: động cơ servo mạnh mẽ có các bộ lọc triệt tiêu rung, cũng như các bộ lọc chống cộng hưởng và khía, mang lại chuyển động cực kỳ mượt mà có thể loại bỏ các đường bậc khó chịu về mặt thị giác do gợn sóng mô-men xoắn của động cơ bước gây ra.
- Cải thiện tốc độ: tốc độ in 350 mm/giây hiện đã trở thành hiện thực, tăng hơn gấp đôi tốc độ in trung bình của máy in 3D sử dụng động cơ bước.Tương tự, có thể đạt được tốc độ di chuyển lên tới 1.500 mm/giây khi sử dụng trục quay hoặc lên tới 5 mét/giây khi sử dụng công nghệ servo tuyến tính.Khả năng tăng tốc cực nhanh được cung cấp thông qua các động cơ servo hiệu suất cao cho phép các đầu in 3D được di chuyển vào vị trí thích hợp nhanh hơn.Điều này giúp giảm bớt 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 làm giảm chất lượng.
- Điều chỉnh tự động: hệ thống servo có thể thực hiện điều chỉnh tùy chỉnh của riêng chúng một cách độc lập, điều này giúp có thể thích ứng với những thay đổi về cơ học của máy in hoặc các sai lệch trong quy trình in.Động cơ bước 3D không sử dụng phản hồi vị trí nên gần như không thể bù đắp cho những thay đổi trong quy trình hoặc sự khác biệt về cơ học.
- Phản hồi của bộ mã hóa: các hệ thống servo mạnh mẽ cung cấp phản hồi bộ mã hóa tuyệt đối chỉ cần thực hiện quy trình dẫn đường một lần, giúp tăng thời gian hoạt động và tiết kiệm chi phí.Máy in 3D sử dụng công nghệ động cơ bước thiếu tính năng này và cần phải được đặt ở nhà mỗi khi bật nguồn.
- Cảm biến phản hồi: máy đùn của máy in 3D thường có thể là điểm nghẽn trong quá trình in và động cơ bước không có khả năng cảm biến phản hồi để phát hiện kẹt máy đùn - sự thiếu hụt có thể dẫn đến hỏng toàn bộ lệnh in.Với suy nghĩ này, hệ thống servo có thể phát hiện các bản sao lưu của máy đùn và ngăn chặn tình trạng tước dây tóc.Chìa khóa cho hiệu suất in ấn vượt trội là có một hệ thống vòng kín xoay quanh bộ mã hóa quang học có độ phân giải cao.Động cơ servo có bộ mã hóa 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 máy đùn cao hơn, cũng như đồng bộ hóa và chống kẹt.
- Robot hiệu suất cao:Giống như các động cơ servo mạnh mẽ đang chuyển đổi các ứng dụng phụ trợ, robot cũng vậy.Hiệu suất đường đi tuyệt vời, cấu trúc cơ học cứng nhắc và xếp hạng chống bụi (IP) cao — kết hợp với khả năng điều khiển chống rung tiên tiến và khả năng đa trục — làm cho rô-bốt sáu trục có độ linh hoạt cao trở thành lựa chọn lý tưởng cho các quy trình đòi hỏi khắt khe liên quan đến việc sử dụng 3D máy in, cũng như các hành động chính cho phương pháp sản xuất trừ và cộng/trừ lai.
Tự động hóa robot bổ sung cho máy in 3D đòi hỏi phải xử lý các bộ phận được in trong quá trình lắp đặt nhiều máy.Từ việc dỡ các bộ phận riêng lẻ ra khỏi máy in đến tách các bộ phận sau chu trình in nhiều bộ phận, các rô-bốt có tính linh hoạt cao và hiệu quả sẽ tối ưu hóa hoạt động để đạt được năng suất và công suất cao hơn.
Với in 3D truyền thống, rô-bốt rất 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, các công việc hoàn thiện bộ phận khác phổ biến với chế tạo kim loại như mài, đánh bóng, mài nhẵn hoặc cắt đều có thể dễ dàng đạt 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, giúp các nhà chế tạo rảnh tay để tập trung thời gian vào công việc có giá trị gia tăng cao hơn, chẳng hạn như chế tạo theo yêu cầu.
Đối với các phôi lớn hơn, robot công nghiệp tầm xa đang được trang bị để di chuyển trực tiếp đầu đùn máy in 3D.Điều này, kết hợp với các công cụ ngoại vi như đế quay, bộ định vị, đường ray tuyến tính, cổng trục, v.v., đang cung cấp không gian làm việc cần thiết để tạo các cấu trúc dạng tự do trong 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, dạng khuôn, kết cấu giàn hình 3D và các bộ phận lai khổ lớn. - Bộ điều khiển máy đa trục:Công nghệ tiên tiến để kết nối tới 62 trục chuyển động trong một môi trường hiện đang giúp thực hiện đồng bộ hóa đa dạng cho nhiều loại robot công nghiệp, hệ thống servo và bộ truyền động tần số thay đổi được sử dụng trong các quy trình cộng, trừ và lai.Giờ đây, toàn bộ dòng thiết bị có thể hoạt động liền mạch với nhau dưới sự điều khiển 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 với 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 (ví dụ: Mã 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 được tạo sẵn như bù thăng bằng giường, điều khiển nâng cao áp suất máy đùn, điều khiển nhiều trục chính và máy đùn được bao gồm.
- Giao diện người dùng sản xuất nâng cao:Rất có lợi cho các ứng dụng in 3D, cắt hình, máy công cụ và robot, các gói phần mềm đa dạng có thể nhanh chóng cung cấp giao diện máy đồ họa dễ tùy chỉnh, mang đến con đường dẫn đến tính linh hoạt cao hơn.Được thiết kế với mục đích sáng tạo và tối ưu hóa, các nền tảng trực quan, như Yaskawa Compass, cho phép các nhà sản xuất xây dựng thương hiệu và dễ dàng tùy chỉnh màn hình.Từ việc bao gồm các thuộc tính máy cốt lõi cho đến đáp ứng nhu cầu của khách hàng, không cần phải lập trình nhiều — vì những công cụ này cung cấp một thư viện mở rộng về các trình cắm C# dựng sẵn hoặc cho phép nhập các trình cắm tùy chỉnh.
VƯỢT LÊN TRÊN
Trong khi các quy trình cộng và trừ đơn lẻ vẫn còn phổ biến, thì sự chuyển đổi lớn hơn sang phương pháp cộng/trừ kết hợp sẽ xảy ra trong vài năm tới.Dự kiến sẽ tăng trưởng với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 14,8% vào năm 20271, thị trường máy sản xuất bồi đắp lai đã sẵn sàng để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của khách hàng.Để vượt lên trên đối thủ, các nhà sản xuất nên cân nhắc ưu và nhược điểm của phương pháp hybrid đối với hoạt động của mình.Với khả năng sản xuất các bộ phận khi cần thiết, giúp giảm đáng kể lượng khí thải carbon, quy trình cộng/trừ lai mang lại một số lợi ích hấp dẫn.Dù thế nào đi nữa, không nên bỏ qua các công nghệ tiên tiến cho các quy trình này và nên được triển khai tại các phân xưởng để tạo điều kiện nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
Thời gian đăng: 13-08-2021
