มอเตอร์เซอร์โวและหุ่นยนต์กำลังเปลี่ยนแปลงการใช้งานแบบเติมแต่ง เรียนรู้เคล็ดลับและการใช้งานล่าสุดเมื่อนำระบบอัตโนมัติของหุ่นยนต์และการควบคุมการเคลื่อนที่ขั้นสูงไปใช้กับการผลิตแบบเติมแต่งและแบบลบออก รวมถึงสิ่งที่จะเกิดขึ้นต่อไป: ลองคิดถึงวิธีการแบบเติมแต่ง/แบบลบออกแบบไฮบริด
การพัฒนาระบบอัตโนมัติขั้นสูง
โดย Sarah Mellish และ RoseMary Burns
การนำอุปกรณ์แปลงพลังงาน เทคโนโลยีควบคุมการเคลื่อนที่ หุ่นยนต์ที่มีความยืดหยุ่นสูง และเทคโนโลยีขั้นสูงอื่นๆ มาใช้ผสมผสานกันอย่างหลากหลายเป็นปัจจัยผลักดันให้กระบวนการผลิตแบบใหม่เติบโตอย่างรวดเร็วในภูมิทัศน์อุตสาหกรรม การผลิตแบบเติมแต่งและแบบลดรูปซึ่งปฏิวัติวิธีการผลิตต้นแบบ ชิ้นส่วน และผลิตภัณฑ์ ถือเป็นสองตัวอย่างสำคัญที่ทำให้ผู้ผลิตสามารถประหยัดต้นทุนและประสิทธิภาพได้ ซึ่งจะช่วยให้สามารถแข่งขันได้
การผลิตแบบเติมแต่ง (additive manufacturing หรือ AM) ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าการพิมพ์ 3 มิติ เป็นวิธีการที่ไม่ใช่แบบดั้งเดิม โดยมักใช้ข้อมูลการออกแบบแบบดิจิทัลเพื่อสร้างวัตถุสามมิติที่เป็นของแข็งโดยการหลอมรวมวัสดุทีละชั้นจากล่างขึ้นบน การผลิตชิ้นส่วนที่มีรูปร่างใกล้เคียง (Near-shape หรือ NNS) มักจะไม่มีของเสีย การใช้ AM สำหรับการออกแบบผลิตภัณฑ์ทั้งแบบพื้นฐานและแบบซับซ้อนยังคงแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ยานยนต์ อวกาศ พลังงาน การแพทย์ การขนส่ง และผลิตภัณฑ์สำหรับผู้บริโภค ในทางตรงกันข้าม กระบวนการลบออกเกี่ยวข้องกับการลบส่วนต่างๆ ออกจากบล็อกวัสดุด้วยการตัดหรือการกลึงที่มีความแม่นยำสูงเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ 3 มิติ
แม้จะมีความแตกต่างที่สำคัญ แต่กระบวนการเติมแต่งและการลบออกก็ไม่ได้แยกจากกันเสมอไป เนื่องจากสามารถใช้กระบวนการทั้งสองเพื่อเสริมขั้นตอนต่างๆ ของการพัฒนาผลิตภัณฑ์ได้ กระบวนการเติมแต่งมักจะสร้างแบบจำลองแนวคิดหรือต้นแบบในช่วงเริ่มต้น เมื่อผลิตภัณฑ์นั้นเสร็จสมบูรณ์ อาจต้องใช้ชุดผลิตภัณฑ์จำนวนมากขึ้น ซึ่งจะเปิดประตูสู่การผลิตแบบลบออก เมื่อไม่นานมานี้ เมื่อเวลาเป็นสิ่งสำคัญ วิธีการเติมแต่ง/การลบออกแบบผสมผสานได้รับการนำมาใช้กับสิ่งต่างๆ เช่น การซ่อมแซมชิ้นส่วนที่เสียหาย/สึกหรอ หรือการสร้างชิ้นส่วนที่มีคุณภาพด้วยระยะเวลาเตรียมการที่สั้นลง
ส่งต่ออัตโนมัติ
เพื่อตอบสนองความต้องการที่เข้มงวดของลูกค้า ผู้ผลิตได้ผสานวัสดุลวดหลากหลายประเภท เช่น สแตนเลส นิกเกิล โคบอลต์ โครเมียม ไททาเนียม อะลูมิเนียม และโลหะต่างชนิดอื่นๆ ลงในการผลิตชิ้นส่วน โดยเริ่มจากวัสดุพื้นฐานที่นิ่มแต่แข็งแรง และตกแต่งด้วยส่วนประกอบที่แข็งและทนทานต่อการสึกหรอ ซึ่งส่วนหนึ่งได้แสดงให้เห็นถึงความจำเป็นของโซลูชันประสิทธิภาพสูงเพื่อเพิ่มผลผลิตและคุณภาพในสภาพแวดล้อมการผลิตทั้งแบบเพิ่มและแบบลบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกระบวนการต่างๆ เช่น การผลิตแบบเพิ่มด้วยอาร์กลวด (WAAM) แบบลบ WAAM การหุ้มด้วยเลเซอร์แบบลบ หรือการตกแต่ง จุดเด่น ได้แก่:
- เทคโนโลยีเซอร์โวขั้นสูง:เพื่อตอบสนองเป้าหมายด้านระยะเวลาในการนำสินค้าออกสู่ตลาดและข้อกำหนดด้านการออกแบบของลูกค้าได้ดีขึ้น โดยคำนึงถึงความแม่นยำของขนาดและคุณภาพงานสำเร็จ ผู้ใช้ปลายทางจึงหันมาใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติขั้นสูงที่มีระบบเซอร์โว (แทนมอเตอร์สเต็ปเปอร์) เพื่อการควบคุมการเคลื่อนไหวที่เหมาะสมที่สุด ประโยชน์ของมอเตอร์เซอร์โว เช่น Sigma-7 ของ Yaskawa ช่วยพลิกกระบวนการเติมแต่งให้กลับหัวกลับหาง ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถเอาชนะปัญหาทั่วไปได้ด้วยความสามารถในการเพิ่มประสิทธิภาพเครื่องพิมพ์:
- การระงับการสั่นสะเทือน: มอเตอร์เซอร์โวที่ทนทานมีฟิลเตอร์ระงับการสั่นสะเทือน รวมถึงฟิลเตอร์ป้องกันการสั่นพ้องและฟิลเตอร์รอยบาก ทำให้เกิดการเคลื่อนไหวที่ราบรื่นเป็นอย่างยิ่งซึ่งช่วยขจัดเส้นขั้นบันไดที่ไม่น่ามองซึ่งเกิดจากระลอกแรงบิดของมอเตอร์สเต็ปเปอร์ได้
- การปรับปรุงความเร็ว: ความเร็วในการพิมพ์ 350 มม./วินาทีนั้นเป็นจริงแล้ว ซึ่งมากกว่าความเร็วในการพิมพ์เฉลี่ยของเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ใช้มอเตอร์สเต็ปเปอร์ถึงสองเท่า ในทำนองเดียวกัน ความเร็วในการเคลื่อนที่สูงสุด 1,500 มม./วินาทีสามารถทำได้โดยใช้โรตารี หรือสูงสุด 5 เมตร/วินาทีโดยใช้เทคโนโลยีเซอร์โวเชิงเส้น ความสามารถในการเร่งความเร็วที่รวดเร็วเป็นพิเศษซึ่งได้รับจากเซอร์โวประสิทธิภาพสูงทำให้สามารถเคลื่อนหัวพิมพ์ 3 มิติไปยังตำแหน่งที่เหมาะสมได้เร็วขึ้น ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการชะลอความเร็วของระบบทั้งหมดเพื่อให้ได้คุณภาพงานพิมพ์ที่ต้องการ นอกจากนี้ การอัปเกรดการควบคุมการเคลื่อนที่นี้ยังหมายความว่าผู้ใช้สามารถผลิตชิ้นส่วนได้มากขึ้นต่อชั่วโมงโดยไม่ต้องเสียสละคุณภาพ
- การปรับจูนอัตโนมัติ: ระบบเซอร์โวสามารถปรับจูนเองได้อย่างอิสระ ซึ่งทำให้สามารถปรับจูนตามการเปลี่ยนแปลงทางกลไกของเครื่องพิมพ์หรือความแปรปรวนในกระบวนการพิมพ์ได้ มอเตอร์สเต็ปเปอร์ 3 มิติไม่ใช้ข้อเสนอแนะด้านตำแหน่ง ทำให้แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะชดเชยการเปลี่ยนแปลงในกระบวนการหรือความคลาดเคลื่อนทางกลไก
- การตอบรับของตัวเข้ารหัส: ระบบเซอร์โวที่แข็งแกร่งซึ่งให้การตอบรับของตัวเข้ารหัสแบบสัมบูรณ์นั้นจำเป็นต้องทำการกลับสู่จุดเริ่มต้นเพียงครั้งเดียวเท่านั้น ส่งผลให้มีระยะเวลาการทำงานที่ยาวนานขึ้นและประหยัดต้นทุนได้ เครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ใช้เทคโนโลยีมอเตอร์สเต็ปเปอร์ไม่มีคุณลักษณะนี้และจะต้องกลับสู่จุดเริ่มต้นทุกครั้งที่เปิดเครื่อง
- การตรวจจับการป้อนกลับ: หัวฉีดของเครื่องพิมพ์ 3 มิติ มักจะเป็นคอขวดในกระบวนการพิมพ์ และมอเตอร์สเต็ปเปอร์ไม่มีความสามารถในการตรวจจับการป้อนกลับเพื่อตรวจจับการติดขัดของหัวฉีด ซึ่งข้อบกพร่องดังกล่าวอาจนำไปสู่การทำลายงานพิมพ์ทั้งหมดได้ ด้วยเหตุนี้ ระบบเซอร์โวจึงสามารถตรวจจับการติดขัดของหัวฉีดและป้องกันไม่ให้เส้นใยหลุดออกได้ กุญแจสำคัญในการให้ประสิทธิภาพการพิมพ์ที่เหนือกว่าคือการมีระบบวงจรปิดที่เป็นศูนย์กลางรอบตัวเข้ารหัสออปติคอลความละเอียดสูง มอเตอร์เซอร์โวที่มีตัวเข้ารหัสความละเอียดสูงสัมบูรณ์ 24 บิตสามารถให้ความละเอียดการป้อนกลับวงจรปิด 16,777,216 บิต เพื่อความแม่นยำของแกนและหัวฉีดที่มากขึ้น รวมถึงการซิงโครไนซ์และการป้องกันการติดขัด
- หุ่นยนต์ประสิทธิภาพสูง:มอเตอร์เซอร์โวที่ทนทานกำลังเปลี่ยนโฉมหน้าการใช้งานแบบเติมแต่ง หุ่นยนต์ก็เช่นกัน การทำงานตามเส้นทางที่ยอดเยี่ยม โครงสร้างเชิงกลที่แข็งแกร่ง และระดับการป้องกันฝุ่น (IP) สูง รวมกับการควบคุมป้องกันการสั่นสะเทือนขั้นสูงและความสามารถในการทำงานแบบหลายแกน ทำให้หุ่นยนต์หกแกนที่มีความยืดหยุ่นสูงเป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับกระบวนการที่ต้องใช้ความพยายามสูงซึ่งเกี่ยวข้องกับการใช้งานเครื่องพิมพ์ 3 มิติ รวมถึงการดำเนินการสำคัญสำหรับการผลิตแบบลบออกและวิธีการแบบเติม/ลบออกแบบไฮบริด
ระบบอัตโนมัติแบบหุ่นยนต์ที่เสริมการทำงานของเครื่องพิมพ์ 3 มิติเกี่ยวข้องกับการจัดการชิ้นส่วนที่พิมพ์ในการติดตั้งเครื่องจักรหลายเครื่อง ตั้งแต่การขนถ่ายชิ้นส่วนแต่ละชิ้นออกจากเครื่องพิมพ์ไปจนถึงการแยกชิ้นส่วนหลังจากรอบการพิมพ์หลายชิ้น หุ่นยนต์ที่มีความยืดหยุ่นและประสิทธิภาพสูงช่วยปรับการทำงานให้เหมาะสมเพื่อให้ได้ปริมาณงานที่มากขึ้นและผลผลิตที่เพิ่มขึ้น
ด้วยการพิมพ์ 3 มิติแบบดั้งเดิม หุ่นยนต์สามารถช่วยจัดการผง เติมผงเครื่องพิมพ์เมื่อจำเป็น และกำจัดผงออกจากชิ้นส่วนที่เสร็จแล้ว ในทำนองเดียวกัน งานตกแต่งชิ้นส่วนอื่นๆ ที่นิยมในงานโลหะ เช่น การเจียร ขัด ขัดแต่ง หรือตัด ก็ทำได้อย่างง่ายดาย นอกจากนี้ การตรวจสอบคุณภาพ ตลอดจนความต้องการด้านบรรจุภัณฑ์และโลจิสติกส์ยังได้รับการตอบสนองโดยตรงจากเทคโนโลยีหุ่นยนต์ ทำให้ผู้ผลิตมีเวลาทำงานที่มีมูลค่าเพิ่มสูงขึ้น เช่น งานผลิตตามสั่งมากขึ้น
สำหรับชิ้นงานขนาดใหญ่ หุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่มีระยะเอื้อมถึงได้ถูกนำไปใช้งานเพื่อเคลื่อนย้ายหัวอัดของเครื่องพิมพ์ 3 มิติโดยตรง ซึ่งเมื่อใช้ร่วมกับเครื่องมือเสริม เช่น ฐานหมุน ตัวกำหนดตำแหน่ง รางเชิงเส้น แกนทรี และอื่นๆ จะทำให้มีพื้นที่ทำงานที่จำเป็นในการสร้างโครงสร้างรูปทรงอิสระในเชิงพื้นที่ นอกเหนือจากการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วแบบคลาสสิกแล้ว หุ่นยนต์ยังถูกนำมาใช้ในการผลิตชิ้นส่วนรูปทรงอิสระขนาดใหญ่ แม่พิมพ์ โครงถักรูปทรง 3 มิติ และชิ้นส่วนไฮบริดขนาดใหญ่ - ตัวควบคุมเครื่องจักรหลายแกน:เทคโนโลยีนวัตกรรมสำหรับการเชื่อมต่อแกนการเคลื่อนไหวสูงสุด 62 แกนในสภาพแวดล้อมเดียวทำให้การซิงโครไนซ์หลายชุดของหุ่นยนต์อุตสาหกรรม ระบบเซอร์โว และไดรฟ์ความถี่แปรผันที่ใช้ในกระบวนการแบบเพิ่ม การลบ และไฮบริดเป็นไปได้ อุปกรณ์ทั้งกลุ่มสามารถทำงานร่วมกันได้อย่างราบรื่นภายใต้การควบคุมและการตรวจสอบที่สมบูรณ์ของ PLC (Programmable Logic Controller) หรือตัวควบคุมเครื่องจักร IEC เช่น MP3300iec แพลตฟอร์มระดับมืออาชีพเช่นนี้มักถูกเขียนโปรแกรมด้วยแพ็คเกจซอฟต์แวร์ IEC 61131 แบบไดนามิก เช่น MotionWorks IEC ใช้เครื่องมือที่คุ้นเคย (เช่น RepRap G-codes, Function Block Diagram, Structured Text, Ladder Diagram ฯลฯ) เพื่อให้บูรณาการได้ง่ายและปรับเวลาการทำงานของเครื่องจักรให้เหมาะสม จึงรวมเครื่องมือสำเร็จรูป เช่น การชดเชยการปรับระดับแท่น การควบคุมการเลื่อนแรงดันของหัวฉีด การควบคุมแกนหมุนหลายแกนและหัวฉีดไว้ด้วยกัน
- อินเทอร์เฟซผู้ใช้การผลิตขั้นสูง:ซอฟต์แวร์หลากหลายรูปแบบมีประโยชน์อย่างมากต่อการใช้งานในการพิมพ์ 3 มิติ การตัดรูปทรง เครื่องมือกล และหุ่นยนต์ ซึ่งสามารถส่งมอบอินเทอร์เฟซเครื่องจักรแบบกราฟิกที่ปรับแต่งได้ง่ายได้อย่างรวดเร็ว ช่วยให้มีความยืดหยุ่นมากขึ้น แพลตฟอร์มที่ใช้งานง่าย เช่น Yaskawa Compass ได้รับการออกแบบมาโดยคำนึงถึงความคิดสร้างสรรค์และการเพิ่มประสิทธิภาพ ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถติดแบรนด์และปรับแต่งหน้าจอได้อย่างง่ายดาย ตั้งแต่การรวมคุณลักษณะหลักของเครื่องจักรไปจนถึงการรองรับความต้องการของลูกค้า การเขียนโปรแกรมจึงมีความจำเป็นเพียงเล็กน้อย เนื่องจากเครื่องมือเหล่านี้มีไลบรารีปลั๊กอิน C# สำเร็จรูปจำนวนมาก หรือสามารถนำเข้าปลั๊กอินที่กำหนดเองได้
ขึ้นไปข้างบน
แม้ว่ากระบวนการการเติมและการลบแบบเดี่ยวจะยังคงได้รับความนิยม แต่ในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า กระบวนการแบบผสมระหว่างการเติมและการลบแบบไฮบริดจะมีการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ คาดว่าจะเติบโตที่อัตราการเติบโตต่อปีแบบทบต้น (CAGR) ที่ 14.8 เปอร์เซ็นต์ภายในปี 20271ตลาดเครื่องจักรผลิตแบบผสมสารเติมแต่งนั้นพร้อมที่จะตอบสนองความต้องการของลูกค้าที่เปลี่ยนแปลงไปอย่างรวดเร็ว เพื่อให้เหนือกว่าคู่แข่ง ผู้ผลิตควรชั่งน้ำหนักข้อดีและข้อเสียของวิธีการแบบผสมสำหรับการดำเนินงานของตน ด้วยความสามารถในการผลิตชิ้นส่วนตามต้องการ การลดปริมาณคาร์บอนฟุตพริ้นท์ลงอย่างมาก กระบวนการผสมสารเติมแต่ง/การลบสารแบบผสมจึงให้ประโยชน์ที่น่าสนใจบางประการ ไม่ว่าจะอย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีขั้นสูงสำหรับกระบวนการเหล่านี้ไม่ควรละเลย และควรนำไปใช้ในโรงงานเพื่อเพิ่มผลผลิตและคุณภาพของผลิตภัณฑ์
เวลาโพสต์ : 13 ส.ค. 2564
