Os servomotores e os robots están a transformar as aplicacións aditivas. Coñece os consellos e aplicacións máis recentes á hora de implementar a automatización robótica e o control avanzado de movemento para a fabricación aditiva e subtractiva, así como o seguinte: pensa en métodos híbridos aditivos/subtractivos.
AUTOMATIZACIÓN AVANZADA
Por Sarah Mellish e RoseMary Burns
A adopción de dispositivos de conversión de enerxía, tecnoloxía de control de movemento, robots extremadamente flexibles e unha mestura ecléctica doutras tecnoloxías avanzadas son factores impulsores do rápido crecemento de novos procesos de fabricación en todo o panorama industrial. Revolucionando a forma en que se fabrican prototipos, pezas e produtos, a fabricación aditiva e subtractiva son dous exemplos principais que proporcionaron a eficiencia e o aforro de custos que os fabricantes buscan para manter a competitividade.
Coñecida como impresión 3D, a fabricación aditiva (AM) é un método non tradicional que normalmente utiliza datos de deseño dixital para crear obxectos tridimensionais sólidos mediante a fusión de materiais capa por capa de abaixo cara arriba. A miúdo fabrica pezas con forma case neta (NNS) sen residuos, e o uso da AM para deseños de produtos tanto básicos como complexos continúa a impregnarse en industrias como a automotriz, a aeroespacial, a enerxética, a médica, o transporte e os produtos de consumo. Pola contra, o proceso subtractivo implica a eliminación de seccións dun bloque de material mediante cortes ou mecanizados de alta precisión para crear un produto 3D.
Malia as diferenzas clave, os procesos aditivos e subtractivos non sempre son mutuamente exclusivos, xa que se poden empregar para complementar varias etapas do desenvolvemento de produtos. O proceso aditivo adoita crear un modelo conceptual ou prototipo inicial. Unha vez finalizado o produto, poden requirirse lotes máis grandes, o que abre a porta á fabricación subtractiva. Máis recentemente, onde o tempo é esencial, están a aplicarse métodos híbridos aditivos/subtractivos para cousas como a reparación de pezas danadas/desgastadas ou a creación de pezas de calidade con menos prazos de entrega.
AUTOMÁTICAMENTE ADIANTE
Para satisfacer as esixentes demandas dos clientes, os fabricantes están a integrar unha gama de materiais de arame como aceiro inoxidable, níquel, cobalto, cromo, titanio, aluminio e outros metais diferentes na construción das súas pezas, comezando cun substrato brando pero resistente e rematando cun compoñente duro e resistente ao desgaste. En parte, isto revelou a necesidade de solucións de alto rendemento para unha maior produtividade e calidade tanto en entornos de fabricación aditiva como subtractiva, especialmente cando se trata de procesos como a fabricación aditiva por arco de arame (WAAM), a WAAM-subtractiva, o revestimento láser-subtractivo ou a decoración. Os aspectos máis destacados inclúen:
- Tecnoloxía servo avanzada:Para abordar mellor os obxectivos de tempo de comercialización e as especificacións de deseño do cliente, no que respecta á precisión dimensional e á calidade do acabado, os usuarios finais están a recorrer a impresoras 3D avanzadas con servosistemas (en lugar de motores paso a paso) para un control de movemento óptimo. As vantaxes dos servomotores, como o Sigma-7 de Yaskawa, dan a volta ao proceso aditivo, axudando aos fabricantes a superar problemas comúns mediante capacidades de potenciación da impresora:
- Supresión de vibracións: os robustos servomotores contan con filtros de supresión de vibracións, así como filtros antirresonancia e de entalla, o que produce un movemento extremadamente suave que pode eliminar as liñas escalonadas visualmente desagradables causadas pola ondulación de par do motor paso a paso.
- Mellora da velocidade: unha velocidade de impresión de 350 mm/s é agora unha realidade, o que duplica con creces a velocidade media de impresión dunha impresora 3D cun motor paso a paso. Do mesmo xeito, pódese conseguir unha velocidade de desprazamento de ata 1500 mm/s usando a tecnoloxía rotativa ou de ata 5 metros/s usando a tecnoloxía de servos lineais. A capacidade de aceleración extremadamente rápida proporcionada polos servos de alto rendemento permite que os cabezales de impresión 3D se movan ás súas posicións correctas máis rapidamente. Isto contribúe en gran medida a aliviar a necesidade de frear todo un sistema para alcanzar a calidade de acabado desexada. Posteriormente, esta mellora no control de movemento tamén significa que os usuarios finais poden fabricar máis pezas por hora sen sacrificar a calidade.
- Axuste automático: os sistemas servo poden realizar de forma independente o seu propio axuste personalizado, o que permite adaptarse aos cambios na mecánica dunha impresora ou ás variacións nun proceso de impresión. Os motores paso a paso 3D non utilizan a retroalimentación de posición, o que fai que sexa case imposible compensar os cambios nos procesos ou as discrepancias na mecánica.
- Retroalimentación do codificador: os robustos sistemas servo que ofrecen retroalimentación absoluta do codificador só precisan realizar unha rutina de inicio unha vez, o que resulta nun maior tempo de funcionamento e aforro de custos. As impresoras 3D que empregan tecnoloxía de motor paso a paso carecen desta característica e precisan ser iniciadas cada vez que se acenden.
- Detección de retroalimentación: unha extrusora dunha impresora 3D pode ser a miúdo un obstáculo no proceso de impresión, e un motor paso a paso non ten a capacidade de detección de retroalimentación para detectar un atasco na extrusora, un déficit que pode levar á ruína de todo un traballo de impresión. Con isto en mente, os servosistemas poden detectar copias de seguridade da extrusora e evitar o desgaste do filamento. A clave para un rendemento de impresión superior é ter un sistema de bucle pechado centrado nun codificador óptico de alta resolución. Os servomotores cun codificador de alta resolución absoluta de 24 bits poden proporcionar 16 777 216 bits de resolución de retroalimentación en bucle pechado para unha maior precisión do eixe e da extrusora, así como sincronización e protección contra atascos.
- Robots de alto rendemento:Do mesmo xeito que os robustos servomotores están a transformar as aplicacións aditivas, tamén o fan os robots. O seu excelente rendemento de traxectoria, a súa estrutura mecánica ríxida e as súas altas clasificacións de protección contra o po (IP), combinadas cun control antivibracións avanzado e unha capacidade multieixe, fan dos robots de seis eixes altamente flexibles unha opción ideal para os procesos esixentes que rodean a utilización das impresoras 3D, así como para accións clave para a fabricación subtractiva e os métodos híbridos aditivos/subtractivos.
A automatización robótica complementaria ás máquinas de impresión 3D implica amplamente a manipulación de pezas impresas en instalacións con varias máquinas. Desde a descarga de pezas individuais da máquina de impresión ata a separación de pezas despois dun ciclo de impresión de varias pezas, os robots altamente flexibles e eficientes optimizan as operacións para un maior rendemento e ganancias de produtividade.
Coa impresión 3D tradicional, os robots son útiles na xestión do po, enchendo o po da impresora cando é necesario e eliminando o po das pezas acabadas. Do mesmo xeito, outras tarefas de acabado de pezas populares na fabricación de metal, como a rectificación, o pulido, o desbarbado ou o corte, realízanse facilmente. A inspección de calidade, así como as necesidades de embalaxe e loxística, tamén se están a satisfacer directamente coa tecnoloxía robótica, o que libera aos fabricantes para centrar o seu tempo en traballos de maior valor engadido, como a fabricación personalizada.
Para pezas máis grandes, están a desenvolverse robots industriais de longo alcance para mover directamente o cabezal de extrusión dunha impresora 3D. Isto, xunto con ferramentas periféricas como bases rotatorias, posicionadores, pistas lineais, pórticos e moito máis, proporciona o espazo de traballo necesario para crear estruturas espaciais de forma libre. Ademais da prototipación rápida clásica, os robots utilízanse para a fabricación de pezas de forma libre de gran volume, formas de moldes, construcións de celosía con forma 3D e pezas híbridas de gran formato. - Controladores de máquinas multieixe:A tecnoloxía innovadora para conectar ata 62 eixes de movemento nun único ambiente está a facer posible a multisincronización dunha ampla gama de robots industriais, servosistemas e accionamentos de frecuencia variable empregados nos procesos aditivos, subtractivos e híbridos. Agora, unha familia enteira de dispositivos pode funcionar xuntos sen problemas baixo o control e a monitorización completos dun PLC (controlador lóxico programable) ou dun controlador de máquina IEC, como o MP3300iec. A miúdo programadas cun paquete de software IEC 61131 dinámico, como MotionWorks IEC, as plataformas profesionais como esta utilizan ferramentas coñecidas (é dicir, códigos G RepRap, diagrama de bloques de funcións, texto estruturado, diagrama de escaleira, etc.). Para facilitar a integración e optimizar o tempo de funcionamento da máquina, inclúense ferramentas predefinidas como a compensación de nivelación da cama, o control de avance da presión da extrusora e o control de varios fusos e extrusoras.
- Interfaces de usuario de fabricación avanzadas:Moi beneficiosos para aplicacións en impresión 3D, corte de formas, máquinas-ferramenta e robótica, os diversos paquetes de software poden ofrecer rapidamente unha interface gráfica de máquina fácil de personalizar, proporcionando un camiño cara a unha maior versatilidade. Deseñadas pensando na creatividade e a optimización, as plataformas intuitivas, como Yaskawa Compass, permiten aos fabricantes personalizar e personalizar pantallas facilmente. Desde incluír os atributos básicos da máquina ata adaptarse ás necesidades dos clientes, requírese pouca programación, xa que estas ferramentas proporcionan unha ampla biblioteca de complementos de C# precompilados ou permiten a importación de complementos personalizados.
ELÉVATE POR RIBA
Aínda que os procesos aditivos e subtractivos únicos seguen sendo populares, nos próximos anos producirase unha maior desviación cara ao método híbrido aditivo/subtractivo. Espérase que medre a unha taxa de crecemento anual composta (CAGR) do 14,8 por cento para 2027.1, o mercado de máquinas de fabricación aditiva híbridas está preparado para satisfacer o aumento das demandas cambiantes dos clientes. Para superar a competencia, os fabricantes deben sopesar os pros e os contras do método híbrido para as súas operacións. Coa capacidade de producir pezas segundo sexa necesario, cunha importante redución da pegada de carbono, o proceso híbrido aditivo/subtractivo ofrece algúns beneficios atractivos. En calquera caso, as tecnoloxías avanzadas para estes procesos non deben pasarse por alto e deben implementarse nas plantas de produción para facilitar unha maior produtividade e calidade do produto.
Data de publicación: 13 de agosto de 2021
