سروو موتورها و ربات‌ها در حال تغییر کاربردهای افزایشی هستند. جدیدترین نکات و کاربردها را هنگام پیاده‌سازی اتوماسیون رباتیک و کنترل حرکت پیشرفته برای تولید افزایشی و کاهشی، و همچنین آنچه در آینده اتفاق می‌افتد، بیاموزید: به روش‌های ترکیبی افزایشی/کاهشی فکر کنید.
اتوماسیون پیشرفته
نوشته سارا ملیش و رزمری برنز
پذیرش دستگاه‌های تبدیل نیرو، فناوری کنترل حرکت، ربات‌های بسیار انعطاف‌پذیر و ترکیبی متنوع از سایر فناوری‌های پیشرفته، عوامل محرک رشد سریع فرآیندهای ساخت جدید در سراسر چشم‌انداز صنعتی هستند. تولید افزایشی و کاهشی که شیوه ساخت نمونه‌های اولیه، قطعات و محصولات را متحول کرده‌اند، دو نمونه اصلی هستند که کارایی و صرفه‌جویی در هزینه را برای سازندگان فراهم کرده‌اند تا در رقابت باقی بمانند.
تولید افزایشی (AM) که به عنوان چاپ سه بعدی شناخته می‌شود، روشی غیرسنتی است که معمولاً از داده‌های طراحی دیجیتال برای ایجاد اشیاء سه بعدی جامد با ترکیب لایه به لایه مواد از پایین به بالا استفاده می‌کند. استفاده از AM برای طراحی محصولات پایه و پیچیده که اغلب بدون ضایعات است، همچنان در صنایعی مانند خودرو، هوافضا، انرژی، پزشکی، حمل و نقل و محصولات مصرفی رواج دارد. در مقابل، فرآیند کاهشی مستلزم حذف بخش‌هایی از یک بلوک از مواد با برش یا ماشینکاری با دقت بالا برای ایجاد یک محصول سه بعدی است.
علیرغم تفاوت‌های کلیدی، فرآیندهای افزایشی و کاهشی همیشه مانعه‌الجمع نیستند - زیرا می‌توانند برای تکمیل مراحل مختلف توسعه محصول مورد استفاده قرار گیرند. یک مدل مفهومی اولیه یا نمونه اولیه اغلب توسط فرآیند افزایشی ایجاد می‌شود. پس از نهایی شدن آن محصول، ممکن است به دسته‌های بزرگتری نیاز باشد که راه را برای تولید کاهشی باز می‌کند. اخیراً، در جایی که زمان از اهمیت بالایی برخوردار است، روش‌های ترکیبی افزایشی/کاهشی برای مواردی مانند تعمیر قطعات آسیب‌دیده/فرسوده یا ایجاد قطعات با کیفیت با زمان تحویل کمتر استفاده می‌شوند.
ارسال خودکار
برای برآوردن خواسته‌های سختگیرانه مشتریان، سازندگان در حال ادغام طیف وسیعی از مواد سیمی مانند فولاد ضد زنگ، نیکل، کبالت، کروم، تیتانیوم، آلومینیوم و سایر فلزات غیرمشابه در ساخت قطعات خود هستند، که با یک زیرلایه نرم اما قوی شروع می‌شود و با یک قطعه سخت و مقاوم در برابر سایش به پایان می‌رسد. این امر تا حدودی نیاز به راه‌حل‌های با کارایی بالا برای بهره‌وری و کیفیت بیشتر در هر دو محیط تولید افزایشی و کاهشی را آشکار کرده است، به خصوص در مواردی که فرآیندهایی مانند تولید افزایشی قوس سیمی (WAAM)، WAAM-کاهشی، روکش لیزری-کاهشی یا دکوراسیون مورد توجه هستند. نکات برجسته عبارتند از:
- فناوری پیشرفته سروو:برای دستیابی بهتر به اهداف زمان عرضه به بازار و مشخصات طراحی مشتری، که در آن دقت ابعادی و کیفیت نهایی مورد توجه است، کاربران نهایی برای کنترل بهینه حرکت، به چاپگرهای سه‌بعدی پیشرفته با سیستم‌های سروو (به جای موتورهای پله‌ای) روی می‌آورند. مزایای موتورهای سروو، مانند سیگما-7 یاسکاوا، فرآیند افزایشی را متحول می‌کند و به سازندگان کمک می‌کند تا از طریق قابلیت‌های تقویت چاپگر، بر مشکلات رایج غلبه کنند:
- سرکوب لرزش: سروو موتورهای قوی دارای فیلترهای سرکوب لرزش و همچنین فیلترهای ضد رزونانس و ناچ هستند که حرکت بسیار نرمی را ایجاد می‌کنند که می‌تواند خطوط پله‌ای ناخوشایند بصری ناشی از ریپل گشتاور موتور پله‌ای را از بین ببرد.
- افزایش سرعت: سرعت چاپ ۳۵۰ میلی‌متر بر ثانیه اکنون به واقعیت تبدیل شده است، که بیش از دو برابر سرعت متوسط چاپ یک چاپگر سه‌بعدی با استفاده از موتور پله‌ای است. به طور مشابه، سرعت حرکت تا ۱۵۰۰ میلی‌متر بر ثانیه با استفاده از فناوری سروو چرخشی یا تا ۵ متر بر ثانیه با استفاده از فناوری سروو خطی قابل دستیابی است. قابلیت شتاب بسیار سریع ارائه شده از طریق سرووهای با کارایی بالا، هدهای چاپ سه‌بعدی را قادر می‌سازد تا سریع‌تر به موقعیت‌های مناسب خود منتقل شوند. این امر تا حد زیادی نیاز به کاهش سرعت کل سیستم برای رسیدن به کیفیت نهایی مطلوب را کاهش می‌دهد. در نتیجه، این ارتقاء در کنترل حرکت همچنین به این معنی است که کاربران نهایی می‌توانند قطعات بیشتری را در ساعت بدون کاهش کیفیت تولید کنند.
- تنظیم خودکار: سیستم‌های سروو می‌توانند به طور مستقل تنظیم سفارشی خود را انجام دهند، که این امر امکان سازگاری با تغییرات در مکانیک چاپگر یا تغییرات در فرآیند چاپ را فراهم می‌کند. موتورهای پله‌ای سه‌بعدی از بازخورد موقعیت استفاده نمی‌کنند، و جبران تغییرات در فرآیندها یا اختلافات در مکانیک را تقریباً غیرممکن می‌کند.
- بازخورد انکودر: سیستم‌های سروو موتور قوی که بازخورد انکودر مطلق ارائه می‌دهند، فقط یک بار نیاز به انجام یک روال هومینگ دارند که منجر به زمان کارکرد بیشتر و صرفه‌جویی در هزینه می‌شود. چاپگرهای سه‌بعدی که از فناوری موتور پله‌ای استفاده می‌کنند، فاقد این ویژگی هستند و هر بار که روشن می‌شوند، نیاز به هومینگ دارند.
- حسگر بازخورد: اکسترودر یک چاپگر سه‌بعدی اغلب می‌تواند یک گلوگاه در فرآیند چاپ باشد و یک موتور پله‌ای توانایی حسگر بازخورد برای تشخیص گیر کردن اکسترودر را ندارد - نقصی که می‌تواند منجر به خراب شدن کل کار چاپ شود. با توجه به این موضوع، سیستم‌های سروو می‌توانند پشتیبان‌های اکسترودر را تشخیص داده و از جدا شدن رشته‌ها جلوگیری کنند. کلید عملکرد برتر چاپ، داشتن یک سیستم حلقه بسته است که حول یک رمزگذار نوری با وضوح بالا متمرکز شده است. موتورهای سروو با یک رمزگذار مطلق با وضوح بالای 24 بیتی می‌توانند 16777216 بیت وضوح بازخورد حلقه بسته را برای دقت بیشتر محور و اکسترودر و همچنین همگام‌سازی و محافظت در برابر گیر کردن فراهم کنند.
- ربات‌های با کارایی بالا:همانطور که سروو موتورهای قدرتمند، کاربردهای افزایشی را متحول می‌کنند، ربات‌ها نیز چنین هستند. عملکرد عالی مسیر، ساختار مکانیکی سفت و سخت و رتبه‌بندی بالای محافظت در برابر گرد و غبار (IP) آنها - همراه با کنترل پیشرفته ضد لرزش و قابلیت چند محوری - ربات‌های شش محوره بسیار انعطاف‌پذیر را به گزینه‌ای ایده‌آل برای فرآیندهای طاقت‌فرسا که استفاده از چاپگرهای سه‌بعدی را احاطه کرده‌اند، و همچنین اقدامات کلیدی برای تولید کاهشی و روش‌های ترکیبی افزایشی/کاهشی تبدیل می‌کند.
اتوماسیون رباتیک مکمل دستگاه‌های چاپ سه‌بعدی، به‌طور گسترده شامل جابجایی قطعات چاپ‌شده در تأسیسات چند دستگاهی می‌شود. از تخلیه قطعات جداگانه از دستگاه چاپ گرفته تا جداسازی قطعات پس از یک چرخه چاپ چند قطعه‌ای، ربات‌های بسیار انعطاف‌پذیر و کارآمد، عملیات را برای افزایش توان عملیاتی و بهره‌وری بهینه می‌کنند.
در چاپ سه‌بعدی سنتی، ربات‌ها در مدیریت پودر، پر کردن مجدد پودر چاپگر در صورت نیاز و حذف پودر از قطعات تکمیل‌شده مفید هستند. به طور مشابه، سایر وظایف تکمیل قطعات که در ساخت فلزات رایج هستند مانند سنگ‌زنی، پرداخت، پلیسه‌گیری یا برش به راحتی انجام می‌شوند. بازرسی کیفیت و همچنین نیازهای بسته‌بندی و لجستیک نیز با فناوری رباتیک به طور مستقیم برآورده می‌شوند و سازندگان را آزاد می‌کنند تا وقت خود را روی کارهای با ارزش افزوده بالاتر مانند ساخت سفارشی متمرکز کنند.
برای قطعات کاری بزرگتر، ربات‌های صنعتی با برد بلند برای حرکت مستقیم سر اکستروژن چاپگر سه‌بعدی تجهیز می‌شوند. این امر، همراه با ابزارهای جانبی مانند پایه‌های چرخان، موقعیت‌یاب‌ها، مسیرهای خطی، دروازه‌ها و موارد دیگر، فضای کاری مورد نیاز برای ایجاد سازه‌های فضایی با فرم آزاد را فراهم می‌کند. جدا از نمونه‌سازی سریع کلاسیک، از ربات‌ها برای ساخت قطعات با فرم آزاد در حجم زیاد، قالب‌ها، سازه‌های خرپایی سه‌بعدی و قطعات هیبریدی با فرمت بزرگ استفاده می‌شود. - کنترل کننده های ماشین چند محوره:فناوری نوآورانه برای اتصال تا ۶۲ محور حرکتی در یک محیط واحد، اکنون امکان همگام‌سازی چندگانه طیف وسیعی از ربات‌های صنعتی، سیستم‌های سروو و درایوهای فرکانس متغیر مورد استفاده در فرآیندهای افزایشی، کاهشی و ترکیبی را فراهم می‌کند. اکنون یک خانواده کامل از دستگاه‌ها می‌توانند تحت کنترل و نظارت کامل یک PLC (کنترل‌کننده منطقی قابل برنامه‌ریزی) یا کنترل‌کننده ماشین IEC، مانند MP3300iec، به طور یکپارچه با هم کار کنند. پلتفرم‌های حرفه‌ای مانند این که اغلب با یک بسته نرم‌افزاری پویای ۶۱۱۳۱ IEC، مانند MotionWorks IEC، برنامه‌ریزی می‌شوند، از ابزارهای آشنا (یعنی کدهای G RepRap، نمودار بلوکی تابع، متن ساختاریافته، نمودار نردبانی و غیره) استفاده می‌کنند. برای تسهیل ادغام آسان و بهینه‌سازی زمان کارکرد دستگاه، ابزارهای آماده‌ای مانند جبران تراز بستر، کنترل پیشروی فشار اکسترودر، کنترل چند اسپیندل و اکسترودر گنجانده شده است.
- رابط‌های کاربری پیشرفته تولید:بسته‌های نرم‌افزاری متنوع که برای کاربردهای چاپ سه‌بعدی، برش شکل، ماشینکاری و رباتیک بسیار مفید هستند، می‌توانند به سرعت یک رابط کاربری گرافیکی ماشین با قابلیت سفارشی‌سازی آسان ارائه دهند و مسیری را برای تطبیق‌پذیری بیشتر فراهم کنند. پلتفرم‌های شهودی مانند یاسکاوا کامپس که با در نظر گرفتن خلاقیت و بهینه‌سازی طراحی شده‌اند، به تولیدکنندگان اجازه می‌دهند تا صفحات نمایش را برندسازی و به راحتی سفارشی کنند. از گنجاندن ویژگی‌های اصلی دستگاه گرفته تا برآورده کردن نیازهای مشتری، برنامه‌نویسی کمی مورد نیاز است - زیرا این ابزارها کتابخانه گسترده‌ای از افزونه‌های از پیش ساخته شده C# را ارائه می‌دهند یا امکان وارد کردن افزونه‌های سفارشی را فراهم می‌کنند.
بالاتر برو
در حالی که فرآیندهای افزایشی و کاهشی تکی همچنان محبوب هستند، تغییر بیشتری به سمت روش ترکیبی افزایشی/کاهشی در چند سال آینده رخ خواهد داد. انتظار می‌رود تا سال 2027 با نرخ رشد مرکب سالانه (CAGR) 14.8 درصد رشد کند.۱بازار ماشین‌های تولید افزایشی هیبریدی آماده است تا با افزایش تقاضاهای در حال تحول مشتریان روبرو شود. برای پیشی گرفتن از رقبا، تولیدکنندگان باید مزایا و معایب روش هیبریدی را برای عملیات خود بسنجند. فرآیند ترکیبی افزایشی/کاهشی با قابلیت تولید قطعات در صورت نیاز و کاهش قابل توجه ردپای کربن، مزایای جذابی را ارائه می‌دهد. صرف نظر از این، نباید از فناوری‌های پیشرفته برای این فرآیندها غافل شد و باید در کارگاه‌ها پیاده‌سازی شوند تا بهره‌وری و کیفیت محصول را افزایش دهند.
زمان ارسال: ۱۳ آگوست ۲۰۲۱
