رو به جلو در سه بعدی: از چالش ها در پرینت سه بعدی فلزی برآیید

سروو موتورها و روبات ها کاربردهای افزودنی را تغییر می دهند. در هنگام پیاده سازی اتوماسیون رباتیک و کنترل حرکت پیشرفته برای تولید افزودنی و تفریق، آخرین نکات و کاربردها را بیاموزید، و همچنین موارد بعدی را بیاموزید: به روش های ترکیبی افزایشی/کاهشی فکر کنید.

اتوماسیون پیشرفته

نوشته سارا ملیش و روزمری برنز

استفاده از دستگاه‌های تبدیل نیرو، فناوری کنترل حرکت، روبات‌های بسیار انعطاف‌پذیر و ترکیبی از فناوری‌های پیشرفته دیگر، عوامل محرک رشد سریع فرآیندهای ساخت جدید در سراسر چشم‌انداز صنعتی هستند. انقلابی در شیوه ساخت نمونه های اولیه، قطعات و محصولات، تولید افزودنی و کاهشی دو نمونه برجسته هستند که کارایی و صرفه جویی در هزینه سازندگان را برای ماندن در رقابت ایجاد کرده اند.

به عنوان چاپ سه بعدی، تولید افزودنی (AM) یک روش غیر سنتی است که معمولا از داده های طراحی دیجیتال برای ایجاد اشیاء سه بعدی جامد با ترکیب مواد لایه به لایه از پایین به بالا استفاده می کند. استفاده از AM برای طراحی‌های اولیه و پیچیده محصولات، اغلب با ساخت قطعات نزدیک به شبکه (NNS) بدون ضایعات، در صنایعی مانند خودروسازی، هوافضا، انرژی، پزشکی، حمل‌ونقل و محصولات مصرفی نفوذ می‌کند. برعکس، فرآیند تفریق مستلزم حذف بخش‌هایی از یک بلوک مواد با برش یا ماشینکاری با دقت بالا برای ایجاد یک محصول سه بعدی است.

علی‌رغم تفاوت‌های کلیدی، فرآیندهای افزایشی و تفریقی همیشه متقابلاً منحصر به فرد نیستند - زیرا می‌توان از آنها برای تکمیل مراحل مختلف توسعه محصول استفاده کرد. یک مدل مفهومی اولیه یا نمونه اولیه اغلب توسط فرآیند افزایشی ایجاد می شود. هنگامی که آن محصول نهایی شد، ممکن است به دسته‌های بزرگ‌تری نیاز باشد، که دری را به روی تولید کاهشی باز می‌کند. اخیراً، جایی که زمان اهمیت دارد، روش‌های ترکیبی افزایشی/کاهشی برای مواردی مانند تعمیر قطعات آسیب‌دیده/فرسوده یا ایجاد قطعات با کیفیت با زمان تولید کمتر استفاده می‌شوند.

به جلو خودکار

برای برآورده کردن خواسته‌های مشتریان سخت‌گیرانه، سازندگان طیفی از مواد سیمی مانند فولاد ضد زنگ، نیکل، کبالت، کروم، تیتانیوم، آلومینیوم و سایر فلزات غیر مشابه را در ساخت قطعات خود ادغام می‌کنند که با یک بستر نرم و در عین حال قوی شروع می‌شود و با یک لایه سخت و سایش به پایان می‌رسد. - جزء مقاوم تا حدی، این نیاز به راه‌حل‌های با کارایی بالا برای بهره‌وری و کیفیت بیشتر را در محیط‌های تولید افزودنی و کاهشی نشان داده است، به‌ویژه زمانی که فرآیندهایی مانند تولید افزودنی قوس سیمی (WAAM)، تفریق WAAM، پوشش لیزری-کاهش یا تزئین مربوط می‌شود. نکات برجسته عبارتند از:

• فناوری سروو پیشرفته:برای رسیدگی بهتر به اهداف زمان تا بازار و مشخصات طراحی مشتری، در مورد دقت ابعادی و کیفیت پایان، کاربران نهایی برای کنترل حرکت بهینه به چاپگرهای سه بعدی پیشرفته با سیستم های سروو (روی موتورهای پله ای) روی می آورند. مزایای موتورهای سروو، مانند سیگما-7 Yaskawa، فرآیند افزودنی را تغییر می‌دهد و به سازندگان کمک می‌کند تا از طریق قابلیت‌های تقویت چاپگر بر مشکلات رایج غلبه کنند:
  • سرکوب ارتعاش: سروو موتورهای قوی دارای فیلترهای سرکوب کننده ارتعاش و همچنین فیلترهای ضد رزونانس و بریدگی هستند که حرکت بسیار نرمی را ایجاد می کنند که می تواند خطوط پله ای ناخوشایند ناشی از موج گشتاور استپ موتور را از بین ببرد.
  • افزایش سرعت: سرعت چاپ 350 میلی‌متر بر ثانیه در حال حاضر یک واقعیت است، که بیش از دو برابر میانگین سرعت چاپ یک چاپگر سه بعدی با استفاده از موتور پله‌ای است. به طور مشابه، سرعت حرکت تا 1500 میلی متر بر ثانیه را می توان با استفاده از چرخش یا تا 5 متر در ثانیه با استفاده از فناوری سروو خطی به دست آورد. قابلیت شتاب بسیار سریع ارائه شده از طریق سرووهای با کارایی بالا باعث می شود هدهای پرینت سه بعدی با سرعت بیشتری به موقعیت های مناسب خود منتقل شوند. این امر به کاهش نیاز به کند کردن کل سیستم برای رسیدن به کیفیت نهایی مطلوب کمک می کند. متعاقباً، این ارتقاء در کنترل حرکت به این معنی است که کاربران نهایی می توانند قطعات بیشتری را در ساعت بدون افت کیفیت بسازند.
  • تنظیم خودکار: سیستم های سروو می توانند به طور مستقل تنظیم سفارشی خود را انجام دهند، که این امکان را فراهم می کند تا با تغییرات مکانیک چاپگر یا تغییرات در فرآیند چاپ سازگار شود. موتورهای پله‌ای سه بعدی از بازخورد موقعیت استفاده نمی‌کنند و جبران تغییرات در فرآیندها یا اختلافات در مکانیک را تقریباً غیرممکن می‌سازد.
  • بازخورد رمزگذار: سیستم‌های سرووی قوی که بازخورد رمزگذار مطلق را ارائه می‌دهند، تنها باید یک‌بار یک روال هومینگ را انجام دهند، که منجر به صرفه‌جویی در زمان و هزینه بیشتر می‌شود. پرینترهای سه بعدی که از فناوری موتور پله ای استفاده می کنند فاقد این ویژگی هستند و هر بار که روشن می شوند باید در خانه نگهداری شوند.
  • حسگر بازخورد: یک اکسترودر یک چاپگر سه بعدی اغلب می‌تواند گلوگاهی در فرآیند چاپ باشد و یک موتور پله‌ای توانایی تشخیص بازخورد را برای تشخیص گیر اکسترودر ندارد - نقصی که می‌تواند منجر به خراب شدن کل کار چاپ شود. با در نظر گرفتن این موضوع، سیستم‌های سروو می‌توانند پشتیبان‌های اکسترودر را شناسایی کرده و از جدا شدن فیلامنت جلوگیری کنند. کلید عملکرد چاپ برتر داشتن یک سیستم حلقه بسته است که حول یک رمزگذار نوری با وضوح بالا متمرکز شده است. سروو موتورها با یک رمزگذار 24 بیتی با وضوح بالا مطلق می توانند 16777216 بیت رزولوشن بازخورد حلقه بسته را برای دقت بیشتر محور و اکسترودر و همچنین همگام سازی و محافظت از جم ارائه دهند.
• ربات های با کارایی بالا:همانطور که سروو موتورهای قوی کاربردهای افزودنی را تغییر می دهند، ربات ها نیز چنین هستند. عملکرد مسیر عالی، ساختار مکانیکی سفت و سخت و درجه بندی حفاظت از گرد و غبار بالا (IP) - همراه با کنترل پیشرفته ضد لرزش و قابلیت چند محوری - ربات‌های شش محوره بسیار انعطاف‌پذیر را به گزینه‌ای ایده‌آل برای فرآیندهای سخت‌گیرانه‌ای که استفاده از سه بعدی را احاطه می‌کنند تبدیل می‌کند. چاپگرها، و همچنین اقدامات کلیدی برای تولید تفریقی و روش‌های افزودنی/کاهشی ترکیبی.
  اتوماسیون رباتیک مکمل ماشین های پرینت سه بعدی به طور گسترده ای مستلزم کار با قطعات چاپ شده در نصب چند ماشینی است. ربات‌های بسیار انعطاف‌پذیر و کارآمد، از تخلیه تک تک قطعات از دستگاه چاپ گرفته تا جداسازی قطعات پس از یک چرخه چاپ چند قسمتی، عملیات را برای بهره‌وری و بهره‌وری بیشتر بهینه می‌کنند.
  با چاپ سه بعدی سنتی، ربات ها در مدیریت پودر، پر کردن مجدد پودر چاپگر در صورت نیاز و حذف پودر از قطعات نهایی مفید هستند. به طور مشابه، سایر کارهای تکمیلی که در ساخت فلزات رایج است مانند سنگ زنی، پرداخت، برش دادن یا برش به راحتی انجام می شود. بازرسی کیفیت و همچنین نیازهای بسته بندی و لجستیک نیز با فناوری رباتیک رو به رو برآورده می شود و به سازندگان اجازه می دهد وقت خود را بر روی کارهای با ارزش افزوده بالاتر مانند ساخت سفارشی متمرکز کنند.
  برای قطعات کار بزرگ‌تر، ربات‌های صنعتی دوربرد برای حرکت مستقیم سر اکستروژن چاپگر سه‌بعدی ابزار می‌شوند. این، در ارتباط با ابزارهای جانبی مانند پایه های چرخان، موقعیت گیرها، مسیرهای خطی، دروازه ها و موارد دیگر، فضای کاری مورد نیاز برای ایجاد ساختارهای آزاد فضایی را فراهم می کند. جدا از نمونه سازی سریع کلاسیک، ربات ها برای ساخت قطعات آزاد با حجم زیاد، قالب های قالب، سازه های خرپایی سه بعدی و قطعات هیبریدی با فرمت بزرگ استفاده می شوند.
• کنترل کننده های ماشین چند محوره:فناوری نوآورانه برای اتصال حداکثر 62 محور حرکت در یک محیط واحد، هم‌اکنون همگام‌سازی چندگانه طیف وسیعی از ربات‌های صنعتی، سیستم‌های سروو و درایوهای فرکانس متغیر مورد استفاده در فرآیندهای افزایشی، تفریقی و ترکیبی را ممکن می‌سازد. اکنون یک خانواده کامل از دستگاه ها می توانند تحت کنترل و نظارت کامل یک PLC (کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی) یا کنترل کننده ماشین IEC مانند MP3300iec به طور یکپارچه با هم کار کنند. پلتفرم‌های حرفه‌ای مانند این که اغلب با یک بسته نرم‌افزار پویا 61131 IEC، مانند MotionWorks IEC برنامه‌ریزی می‌شوند، از ابزارهای آشنا (به عنوان مثال، RepRap G-codes، Function Block Diagram، Structured Text، Ladder Diagram و غیره) استفاده می‌کنند. برای تسهیل یکپارچه‌سازی آسان و بهینه‌سازی زمان کارکرد دستگاه، ابزارهای آماده‌ای مانند جبران تسطیح بستر، کنترل پیشروی فشار اکسترودر، دوک‌های چندگانه و کنترل اکسترودر گنجانده شده‌اند.
• رابط های کاربری ساخت پیشرفته:بسته های نرم افزاری متنوع که برای برنامه های کاربردی در چاپ سه بعدی، برش شکل، ماشین ابزار و روباتیک بسیار سودمند هستند، می توانند به سرعت یک رابط ماشین گرافیکی با قابلیت سفارشی سازی آسان ارائه دهند و مسیری را برای تطبیق پذیری بیشتر فراهم کنند. پلتفرم‌های بصری مانند Yaskawa Compass که با خلاقیت و بهینه‌سازی در ذهن طراحی شده‌اند، به تولیدکنندگان این امکان را می‌دهند تا صفحه‌نمایش‌ها را برند کنند و به راحتی سفارشی‌سازی کنند. از گنجاندن ویژگی‌های اصلی ماشین گرفته تا پاسخگویی به نیازهای مشتری، برنامه‌نویسی کمی مورد نیاز است - زیرا این ابزارها کتابخانه وسیعی از پلاگین‌های C# از پیش ساخته شده را فراهم می‌کنند یا امکان وارد کردن افزونه‌های سفارشی را فراهم می‌کنند.

بالا برید

در حالی که فرآیندهای منفرد افزودنی و تفریق همچنان رایج هستند، تغییر بیشتر به سمت روش ترکیبی افزودنی/کاهشی طی چند سال آینده رخ خواهد داد. پیش بینی می شود تا سال 2027 با نرخ رشد مرکب سالانه (CAGR) 14.8 درصد رشد کند.¹، بازار ماشین آلات تولید مواد افزودنی هیبریدی آماده پاسخگویی به تقاضاهای در حال تحول مشتری است. برای بالا رفتن از رقبا، تولیدکنندگان باید مزایا و معایب روش هیبریدی را برای عملیات خود بسنجید. با توانایی تولید قطعات در صورت نیاز، تا کاهش عمده ردپای کربن، فرآیند افزودنی/کاهشی هیبریدی مزایای جذابی را ارائه می‌دهد. صرف نظر از این، فن آوری های پیشرفته برای این فرآیندها را نباید نادیده گرفت و باید در طبقات مغازه ها پیاده سازی شود تا بهره وری بیشتر و کیفیت محصول تسهیل شود.