ก้าวไปข้างหน้าในแบบ 3 มิติ: ก้าวเหนือความท้าทายในการพิมพ์โลหะ 3 มิติ

เซอร์โวมอเตอร์และหุ่นยนต์กำลังเปลี่ยนรูปแบบการใช้งานสารเติมแต่ง เรียนรู้เคล็ดลับและการใช้งานล่าสุดเมื่อใช้ระบบอัตโนมัติของหุ่นยนต์และการควบคุมการเคลื่อนไหวขั้นสูงสำหรับการผลิตแบบเติมและแบบลดทอน รวมถึงสิ่งที่จะเกิดขึ้นต่อไป: คิดวิธีการเพิ่ม/ลดแบบไฮบริด1628850930(1)

ระบบอัตโนมัติขั้นสูง

โดย Sarah Mellish และ RoseMary Burns

การนำอุปกรณ์แปลงกำลังไฟฟ้ามาใช้ เทคโนโลยีการควบคุมการเคลื่อนไหว หุ่นยนต์ที่มีความยืดหยุ่นสูง และการผสมผสานของเทคโนโลยีขั้นสูงอื่นๆ เป็นปัจจัยผลักดันให้เกิดการเติบโตอย่างรวดเร็วของกระบวนการประดิษฐ์ใหม่ๆ ทั่วทั้งภูมิทัศน์อุตสาหกรรม การปฏิวัติวิธีการผลิตต้นแบบ ชิ้นส่วน และผลิตภัณฑ์ การผลิตแบบเพิ่มและลบเป็นตัวอย่างสำคัญสองตัวอย่างที่ให้ประสิทธิภาพและผู้ผลิตที่ประหยัดต้นทุนพยายามที่จะรักษาความสามารถในการแข่งขัน

เรียกว่าการพิมพ์ 3 มิติ การผลิตสารเติมแต่ง (AM) เป็นวิธีการที่ไม่ใช่แบบดั้งเดิมซึ่งมักจะใช้ข้อมูลการออกแบบดิจิทัลเพื่อสร้างวัตถุสามมิติที่เป็นของแข็งโดยการหลอมรวมวัสดุทีละชั้นจากล่างขึ้นบน บ่อยครั้งที่การผลิตชิ้นส่วนที่มีรูปร่างใกล้เคียงเน็ต (NNS) โดยไม่มีของเสีย การใช้ AM สำหรับการออกแบบผลิตภัณฑ์ทั้งแบบพื้นฐานและซับซ้อนยังคงแทรกซึมอยู่ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ยานยนต์ การบินและอวกาศ พลังงาน การแพทย์ การขนส่ง และสินค้าอุปโภคบริโภค ในทางตรงกันข้าม กระบวนการหักลบเกี่ยวข้องกับการนำส่วนต่างๆ ออกจากบล็อกของวัสดุโดยการตัดหรือการตัดเฉือนที่มีความแม่นยำสูงเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ 3 มิติ

แม้จะมีความแตกต่างที่สำคัญ แต่กระบวนการเพิ่มเติมและการลบไม่ได้เกิดขึ้นพร้อมกันเสมอไป เนื่องจากสามารถใช้เพื่อเสริมขั้นตอนต่างๆ ของการพัฒนาผลิตภัณฑ์ได้ ต้นแบบหรือต้นแบบแนวคิดในยุคแรกๆ มักถูกสร้างโดยกระบวนการเติมแต่ง เมื่อผลิตภัณฑ์นั้นได้รับการสรุปแล้ว อาจต้องใช้แบทช์ที่ใหญ่ขึ้น เพื่อเปิดประตูสู่การผลิตแบบหักลดหย่อน เมื่อเร็วๆ นี้ ซึ่งเวลาเป็นสิ่งสำคัญ มีการใช้วิธีการเพิ่ม/ลดแบบไฮบริดสำหรับสิ่งต่างๆ เช่น การซ่อมแซมชิ้นส่วนที่เสียหาย/สึกหรอ หรือการสร้างชิ้นส่วนที่มีคุณภาพโดยใช้เวลาในการผลิตน้อยลง

ไปข้างหน้าอัตโนมัติ

เพื่อตอบสนองความต้องการของลูกค้าที่เข้มงวด ผู้ผลิตได้ผสานรวมวัสดุลวดต่างๆ เช่น สแตนเลส นิกเกิล โคบอลต์ โครเมียม ไททาเนียม อลูมิเนียม และโลหะอื่น ๆ ที่ไม่เหมือนกันเข้าไว้ในโครงสร้างชิ้นส่วน โดยเริ่มจากพื้นผิวที่อ่อนนุ่มแต่แข็งแรง และการตกแต่งที่มีความแข็งและสึกหรอ - ส่วนประกอบที่ทนทาน ในส่วนนี้เผยให้เห็นถึงความจำเป็นในการแก้ปัญหาที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับผลผลิตและคุณภาพที่มากขึ้นในสภาพแวดล้อมการผลิตทั้งแบบเพิ่มและแบบลดทอน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการต่างๆ เช่น การผลิตสารเติมแต่งอาร์กลวด (WAAM), WAAM-subtractive, laser cladding-subtractive หรือการตกแต่ง ไฮไลท์ ได้แก่ :

  • เทคโนโลยีเซอร์โวขั้นสูง: เพื่อให้บรรลุเป้าหมายด้านเวลาสู่ตลาดและข้อกำหนดการออกแบบของลูกค้าได้ดียิ่งขึ้น โดยคำนึงถึงความแม่นยำของมิติและคุณภาพผิวสำเร็จ ผู้ใช้ปลายทางจึงหันไปใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติขั้นสูงที่มีระบบเซอร์โว (เหนือสเต็ปเปอร์มอเตอร์) เพื่อการควบคุมการเคลื่อนไหวที่เหมาะสมที่สุด ประโยชน์ของเซอร์โวมอเตอร์ เช่น Sigma-7 ของ Yaskawa พลิกโฉมกระบวนการเติมแต่ง ซึ่งช่วยให้ผู้ผลิตสามารถเอาชนะปัญหาทั่วไปผ่านความสามารถในการส่งเสริมเครื่องพิมพ์:
    • การระงับการสั่นสะเทือน: เซอร์โวมอเตอร์ที่ทนทานมีตัวกรองป้องกันการสั่นสะเทือน ตลอดจนตัวกรองป้องกันเสียงสะท้อนและรอยบาก ให้การเคลื่อนไหวที่ราบรื่นอย่างยิ่งซึ่งสามารถขจัดเส้นสเต็ปที่ไม่พึงประสงค์ทางสายตาที่เกิดจากแรงบิดของสเต็ปเปอร์มอเตอร์
    • การเพิ่มความเร็ว: ความเร็วในการพิมพ์ 350 มม./วินาทีได้กลายเป็นจริงแล้ว ซึ่งมากกว่าความเร็วการพิมพ์เฉลี่ยของเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ใช้สเต็ปเปอร์มอเตอร์เป็นสองเท่า ในทำนองเดียวกัน ความเร็วในการเคลื่อนที่สูงถึง 1,500 มม./วินาที สามารถทำได้โดยใช้การหมุนหรือสูงถึง 5 เมตร/วินาทีโดยใช้เทคโนโลยีเซอร์โวเชิงเส้น ความสามารถในการเร่งความเร็วที่รวดเร็วเป็นพิเศษผ่านเซอร์โวประสิทธิภาพสูงช่วยให้สามารถย้ายหัวพิมพ์ 3 มิติไปยังตำแหน่งที่เหมาะสมได้รวดเร็วยิ่งขึ้น วิธีนี้ช่วยบรรเทาความจำเป็นในการทำให้ทั้งระบบช้าลงเพื่อให้ได้คุณภาพการตกแต่งที่ต้องการ ต่อจากนั้น การอัพเกรดในการควบคุมการเคลื่อนไหวนี้ยังหมายความว่าผู้ใช้ปลายทางสามารถผลิตชิ้นส่วนได้มากขึ้นต่อชั่วโมงโดยไม่ลดทอนคุณภาพลง
    • การปรับจูนอัตโนมัติ: ระบบเซอร์โวสามารถทำการปรับแต่งเองได้อย่างอิสระ ซึ่งทำให้สามารถปรับให้เข้ากับการเปลี่ยนแปลงในกลไกของเครื่องพิมพ์หรือความแปรปรวนในกระบวนการพิมพ์ได้ สเต็ปเปอร์มอเตอร์ 3 มิติไม่ได้ใช้การป้อนกลับตำแหน่ง ทำให้แทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะชดเชยการเปลี่ยนแปลงในกระบวนการหรือความคลาดเคลื่อนในกลไก
    • คำติชมของตัวเข้ารหัส: ระบบเซอร์โวที่ทนทานซึ่งให้ผลป้อนกลับของตัวเข้ารหัสแบบสัมบูรณ์จำเป็นต้องดำเนินการตามขั้นตอนกลับบ้านเพียงครั้งเดียว ส่งผลให้มีเวลาทำงานเพิ่มขึ้นและประหยัดค่าใช้จ่าย เครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ใช้เทคโนโลยีสเต็ปเปอร์มอเตอร์ขาดคุณสมบัตินี้และจำเป็นต้องกลับบ้านทุกครั้งที่เปิดเครื่อง
    • การตรวจจับความคิดเห็น: เครื่องอัดรีดของเครื่องพิมพ์ 3D มักจะเป็นคอขวดในกระบวนการพิมพ์ และสเต็ปเปอร์มอเตอร์ไม่มีความสามารถในการตรวจจับความคิดเห็นเพื่อตรวจจับการติดขัดของเครื่องอัดรีด ซึ่งเป็นการขาดดุลที่อาจนำไปสู่การทำลายงานพิมพ์ทั้งหมด ด้วยเหตุนี้ ระบบเซอร์โวจึงสามารถตรวจจับการสำรองข้อมูลของเครื่องอัดรีดและป้องกันการปอกไส้หลอดได้ กุญแจสู่ประสิทธิภาพการพิมพ์ที่เหนือกว่าคือการมีระบบวงปิดที่มีตัวเข้ารหัสออปติคอลความละเอียดสูงอยู่ตรงกลาง เซอร์โวมอเตอร์ที่มีตัวเข้ารหัสความละเอียดสูงแบบสัมบูรณ์แบบ 24 บิตสามารถให้ความละเอียดป้อนกลับแบบลูปปิดได้ 16,777,216 บิตเพื่อความแม่นยำของแกนและเครื่องอัดรีดที่มากขึ้น รวมถึงการซิงโครไนซ์และการป้องกันการติดขัด
  • หุ่นยนต์ประสิทธิภาพสูง: เซอร์โวมอเตอร์ที่ทนทานกำลังเปลี่ยนการใช้งานสารเติมแต่ง หุ่นยนต์ก็เช่นกัน ประสิทธิภาพเส้นทางที่ยอดเยี่ยม โครงสร้างทางกลที่แข็งแรง และการจัดอันดับการป้องกันฝุ่น (IP) สูง รวมกับการควบคุมป้องกันการสั่นสะเทือนขั้นสูงและความสามารถแบบหลายแกน ทำให้หุ่นยนต์หกแกนที่มีความยืดหยุ่นสูงเป็นตัวเลือกในอุดมคติสำหรับกระบวนการที่มีความต้องการสูงซึ่งล้อมรอบการใช้งาน 3D เครื่องพิมพ์ ตลอดจนการดำเนินการหลักสำหรับการผลิตแบบหักลบและแบบผสม/การลบแบบผสม
    ระบบอัตโนมัติของหุ่นยนต์ที่มอบให้กับเครื่องพิมพ์ 3 มิตินั้นเกี่ยวข้องกับการจัดการชิ้นส่วนที่พิมพ์ในการติดตั้งหลายเครื่อง ตั้งแต่การถอดชิ้นส่วนแต่ละชิ้นออกจากเครื่องพิมพ์ ไปจนถึงการแยกชิ้นส่วนหลังจากรอบการพิมพ์แบบหลายส่วน หุ่นยนต์ที่มีความยืดหยุ่นสูงและมีประสิทธิภาพสูงจะปรับการทำงานให้เหมาะสมเพื่อปริมาณงานที่เพิ่มขึ้นและผลผลิตที่เพิ่มขึ้น
    ด้วยการพิมพ์ 3 มิติแบบดั้งเดิม หุ่นยนต์จะมีประโยชน์ในการจัดการผงสี การเติมผงเครื่องพิมพ์เมื่อจำเป็น และการนำผงออกจากชิ้นส่วนสำเร็จรูป ในทำนองเดียวกัน งานตกแต่งชิ้นส่วนอื่นๆ ที่ได้รับความนิยมในการแปรรูปโลหะ เช่น การเจียร การขัด การลบคม หรือการตัดสามารถทำได้ง่าย การตรวจสอบคุณภาพ ตลอดจนความต้องการด้านบรรจุภัณฑ์และลอจิสติกส์ยังได้รับการตอบสนองโดยตรงด้วยเทคโนโลยีหุ่นยนต์ ทำให้ผู้ผลิตมีเวลาเหลือเฟือกับงานที่มีมูลค่าเพิ่มสูง เช่น การแปรรูปตามสั่ง
    สำหรับชิ้นงานที่ใหญ่ขึ้น หุ่นยนต์อุตสาหกรรมที่มีระยะเอื้อมถึงยาวจะถูกใช้เครื่องมือในการเคลื่อนย้ายหัวพิมพ์ของเครื่องพิมพ์ 3 มิติโดยตรง เมื่อใช้ร่วมกับเครื่องมือต่อพ่วง เช่น ฐานหมุน ตัวกำหนดตำแหน่ง รางเชิงเส้น โครงสำหรับตั้งสิ่งของ และอื่นๆ ได้จัดเตรียมพื้นที่ทำงานที่จำเป็นในการสร้างโครงสร้างรูปแบบอิสระเชิงพื้นที่ นอกเหนือจากการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วแบบคลาสสิกแล้ว หุ่นยนต์ยังถูกนำไปใช้ในการผลิตชิ้นส่วนรูปแบบอิสระปริมาณมาก แบบแม่พิมพ์ โครงสร้างโครงถักรูปทรง 3 มิติ และชิ้นส่วนไฮบริดรูปแบบขนาดใหญ่
  • ตัวควบคุมเครื่องจักรหลายแกน: เทคโนโลยีที่เป็นนวัตกรรมใหม่สำหรับการเชื่อมต่อการเคลื่อนไหวสูงสุด 62 แกนในสภาพแวดล้อมเดียวทำให้หุ่นยนต์อุตสาหกรรม ระบบเซอร์โว และไดรฟ์ความถี่ผันแปรได้หลายแบบพร้อมกันหลายตัวพร้อมกัน ซึ่งใช้ในกระบวนการเพิ่ม ลบ และไฮบริดได้ ขณะนี้อุปกรณ์ทั้งตระกูลสามารถทำงานร่วมกันได้อย่างราบรื่นภายใต้การควบคุมและตรวจสอบที่สมบูรณ์ของ PLC (Programmable Logic Controller) หรือตัวควบคุมเครื่องจักร IEC เช่น MP3300iec มักตั้งโปรแกรมด้วยชุดซอฟต์แวร์ 61131 IEC แบบไดนามิก เช่น MotionWorks IEC แพลตฟอร์มระดับมืออาชีพเช่นนี้ใช้เครื่องมือที่คุ้นเคย (เช่น RepRap G-codes, Function Block Diagram, Structured Text, Ladder Diagram เป็นต้น) เพื่อความสะดวกในการรวมระบบและปรับเวลาทำงานของเครื่องจักรให้เหมาะสม เครื่องมือสำเร็จรูป เช่น การชดเชยการปรับระดับเตียง การควบคุมแรงดันล่วงหน้าของเครื่องอัดรีด การควบคุมสปินเดิลหลายตัว และการควบคุมเครื่องอัดรีด
  • ส่วนต่อประสานผู้ใช้ขั้นสูงในการผลิต: มีประโยชน์อย่างมากต่อการใช้งานในการพิมพ์ 3 มิติ การตัดรูปร่าง เครื่องมือกล และหุ่นยนต์ แพ็คเกจซอฟต์แวร์ที่หลากหลายสามารถส่งมอบอินเทอร์เฟซเครื่องกราฟิกที่ปรับแต่งได้ง่ายอย่างรวดเร็ว ให้เส้นทางสู่ความเก่งกาจมากขึ้น ออกแบบโดยคำนึงถึงความคิดสร้างสรรค์และการเพิ่มประสิทธิภาพ แพลตฟอร์มที่ใช้งานง่าย เช่น Yaskawa Compass ช่วยให้ผู้ผลิตสร้างแบรนด์และปรับแต่งหน้าจอได้อย่างง่ายดาย ตั้งแต่การรวมคุณลักษณะของเครื่องหลักไปจนถึงการรองรับความต้องการของลูกค้า จำเป็นต้องมีการเขียนโปรแกรมเพียงเล็กน้อย เนื่องจากเครื่องมือเหล่านี้มีไลบรารีที่กว้างขวางของปลั๊กอิน C# ที่สร้างไว้ล่วงหน้า หรือเปิดใช้งานการนำเข้าปลั๊กอินที่กำหนดเอง

ขึ้นไปข้างบน

ในขณะที่กระบวนการเพิ่มและการลบแบบเดียวยังคงเป็นที่นิยม การเปลี่ยนแปลงที่มากขึ้นไปสู่วิธีการเติม/การลบแบบไฮบริดจะเกิดขึ้นในช่วงสองสามปีข้างหน้า คาดว่าจะเติบโตที่อัตราการเติบโตต่อปี (CAGR) 14.8% ภายในปี 25701ตลาดเครื่องจักรสำหรับการผลิตสารเติมแต่งแบบไฮบริดพร้อมที่จะตอบสนองความต้องการที่เพิ่มขึ้นของลูกค้า เพื่อให้อยู่เหนือการแข่งขัน ผู้ผลิตควรชั่งน้ำหนักข้อดีและข้อเสียของวิธีไฮบริดสำหรับการดำเนินงานของตน ด้วยความสามารถในการผลิตชิ้นส่วนตามความจำเป็น เพื่อลดปริมาณคาร์บอนฟุตพริ้นท์ลงอย่างมาก กระบวนการเพิ่ม/ลดแบบไฮบริดจึงให้ประโยชน์ที่น่าสนใจบางประการ อย่างไรก็ตาม ไม่ควรมองข้ามเทคโนโลยีขั้นสูงสำหรับกระบวนการเหล่านี้ และควรนำไปใช้ในร้านค้าเพื่ออำนวยความสะดวกในการผลิตและคุณภาพของผลิตภัณฑ์


โพสต์เวลา: ส.ค.-13-2021