Servomotores e robôs estão transformando as aplicações aditivas. Aprenda as dicas e aplicações mais recentes ao implementar automação robótica e controle de movimento avançado para fabricação aditiva e subtrativa, bem como o que vem a seguir: pense em métodos híbridos aditivos/subtrativos.
AVANÇANDO A AUTOMAÇÃO
Por Sarah Mellish e RoseMary Burns
A adoção de dispositivos de conversão de energia, tecnologia de controle de movimento, robôs extremamente flexíveis e uma mistura eclética de outras tecnologias avançadas são fatores impulsionadores do rápido crescimento de novos processos de fabricação em todo o cenário industrial. Revolucionando a forma como os protótipos, peças e produtos são fabricados, a fabricação aditiva e subtrativa são dois exemplos principais que proporcionaram a eficiência e a economia de custos que os fabricantes buscam para se manterem competitivos.
Chamada de impressão 3D, a manufatura aditiva (AM) é um método não tradicional que geralmente utiliza dados de design digital para criar objetos tridimensionais sólidos, fundindo materiais camada por camada, de baixo para cima. Muitas vezes produzindo peças com formato quase final (NNS) sem desperdício, o uso de AM para projetos de produtos básicos e complexos continua a permear indústrias como automotiva, aeroespacial, energia, médica, transporte e produtos de consumo. Pelo contrário, o processo subtrativo implica a remoção de seções de um bloco de material por corte ou usinagem de alta precisão para criar um produto 3D.
Apesar das principais diferenças, os processos aditivos e subtrativos nem sempre são mutuamente exclusivos – pois podem ser usados para complementar vários estágios de desenvolvimento do produto. Um modelo ou protótipo de conceito inicial é frequentemente criado pelo processo aditivo. Uma vez finalizado o produto, podem ser necessários lotes maiores, abrindo a porta para a fabricação subtrativa. Mais recentemente, onde o tempo é essencial, métodos híbridos aditivos/subtrativos estão sendo aplicados para coisas como reparar peças danificadas/desgastadas ou criar peças de qualidade com menos tempo de entrega.
AUTOMATIZAR AVANÇAR
Para atender às rigorosas demandas dos clientes, os fabricantes estão integrando uma variedade de materiais de arame como aço inoxidável, níquel, cobalto, cromo, titânio, alumínio e outros metais diferentes na construção de suas peças, começando com um substrato macio, porém forte, e terminando com um substrato duro e resistente ao desgaste. componente resistente. Em parte, isso revelou a necessidade de soluções de alto desempenho para maior produtividade e qualidade em ambientes de fabricação aditiva e subtrativa, especialmente quando se trata de processos como fabricação aditiva de arco de arame (WAAM), subtrativo WAAM, subtrativo de revestimento a laser ou decoração. Os destaques incluem:
- Tecnologia Servo Avançada:Para melhor atender às metas de tempo de lançamento no mercado e às especificações de projeto do cliente, no que diz respeito à precisão dimensional e à qualidade do acabamento, os usuários finais estão recorrendo a impressoras 3D avançadas com sistemas servo (sobre motores de passo) para um controle de movimento ideal. Os benefícios dos servomotores, como o Sigma-7 da Yaskawa, viram o processo aditivo de cabeça para baixo, ajudando os fabricantes a superar problemas comuns por meio de recursos de aprimoramento de impressoras:
- Supressão de vibração: servomotores robustos possuem filtros de supressão de vibração, bem como filtros anti-ressonância e de entalhe, produzindo movimentos extremamente suaves que podem eliminar as linhas escalonadas visualmente desagradáveis causadas pela ondulação de torque do motor de passo.
- Melhoria da velocidade: uma velocidade de impressão de 350 mm/s é agora uma realidade, mais do que duplicando a velocidade média de impressão de uma impressora 3D utilizando um motor de passo. Da mesma forma, uma velocidade de deslocamento de até 1.500 mm/seg pode ser alcançada usando tecnologia rotativa ou de até 5 metros/seg usando tecnologia servo linear. A capacidade de aceleração extremamente rápida fornecida por servos de alto desempenho permite que as cabeças de impressão 3D sejam movidas para suas posições corretas mais rapidamente. Isso ajuda muito a aliviar a necessidade de desacelerar todo o sistema para atingir a qualidade de acabamento desejada. Posteriormente, esta atualização no controle de movimento também significa que os usuários finais podem fabricar mais peças por hora sem sacrificar a qualidade.
- Ajuste automático: os servossistemas podem realizar de forma independente seu próprio ajuste personalizado, o que torna possível a adaptação às mudanças na mecânica de uma impressora ou às variações no processo de impressão. Os motores de passo 3D não utilizam feedback de posição, tornando quase impossível compensar alterações nos processos ou discrepâncias na mecânica.
- Feedback do encoder: sistemas servo robustos que oferecem feedback absoluto do encoder só precisam executar uma rotina de retorno uma vez, resultando em maior tempo de atividade e economia de custos. As impressoras 3D que usam tecnologia de motor de passo não possuem esse recurso e precisam ser posicionadas sempre que são ligadas.
- Detecção de feedback: uma extrusora de uma impressora 3D pode muitas vezes ser um gargalo no processo de impressão, e um motor de passo não tem a capacidade de detecção de feedback para detectar um atolamento na extrusora – um déficit que pode levar à ruína de todo um trabalho de impressão. Com isso em mente, os sistemas servo podem detectar backups da extrusora e evitar a remoção do filamento. A chave para um desempenho de impressão superior é ter um sistema de circuito fechado centrado em um codificador óptico de alta resolução. Servomotores com um codificador absoluto de alta resolução de 24 bits podem fornecer 16.777.216 bits de resolução de feedback de circuito fechado para maior precisão do eixo e da extrusora, bem como sincronização e proteção contra travamento.
- Robôs de alto desempenho:Assim como os servomotores robustos estão transformando as aplicações aditivas, os robôs também estão. Seu excelente desempenho de trajetória, estrutura mecânica rígida e altas classificações de proteção contra poeira (IP), combinadas com controle antivibração avançado e capacidade multieixos, tornam os robôs de seis eixos altamente flexíveis uma opção ideal para os processos exigentes que envolvem a utilização de 3D. impressoras, bem como ações-chave para a fabricação subtrativa e métodos híbridos aditivos/subtrativos.
A automação robótica complementar às máquinas de impressão 3D envolve amplamente o manuseio de peças impressas em instalações com várias máquinas. Desde o descarregamento de peças individuais da máquina de impressão até a separação de peças após um ciclo de impressão de várias peças, robôs altamente flexíveis e eficientes otimizam as operações para maior rendimento e ganhos de produtividade.
Com a impressão 3D tradicional, os robôs são úteis no gerenciamento de pó, recarregando o pó da impressora quando necessário e removendo o pó das peças acabadas. Da mesma forma, outras tarefas de acabamento de peças populares na fabricação de metal, como lixamento, polimento, rebarbação ou corte, são facilmente realizadas. A inspeção de qualidade, bem como as necessidades de embalagem e logística também estão sendo atendidas de frente com a tecnologia robótica, liberando os fabricantes para concentrarem seu tempo em trabalhos de maior valor agregado, como a fabricação personalizada.
Para peças maiores, robôs industriais de longo alcance estão sendo equipados para mover diretamente um cabeçote de extrusão de impressora 3D. Isto, em conjunto com ferramentas periféricas como bases rotativas, posicionadores, trilhos lineares, pórticos e muito mais, estão fornecendo o espaço de trabalho necessário para criar estruturas espaciais de forma livre. Além da prototipagem rápida clássica, os robôs estão sendo usados para a fabricação de peças de formato livre de grande volume, moldes, construções de treliça em formato 3D e peças híbridas de grande formato. - Controladores de máquinas multieixos:A tecnologia inovadora para conectar até 62 eixos de movimento em um único ambiente agora torna possível a sincronização múltipla de uma ampla gama de robôs industriais, servossistemas e inversores de frequência usados nos processos aditivos, subtrativos e híbridos. Uma família inteira de dispositivos agora pode trabalhar perfeitamente em conjunto sob o controle e monitoramento completos de um PLC (Controlador Lógico Programável) ou controlador de máquina IEC, como o MP3300iec. Muitas vezes programadas com um pacote de software IEC 61131 dinâmico, como MotionWorks IEC, plataformas profissionais como esta utilizam ferramentas familiares (ou seja, códigos G RepRap, diagrama de blocos funcionais, texto estruturado, diagrama ladder, etc.). Para facilitar a integração e otimizar o tempo de atividade da máquina, estão incluídas ferramentas prontas como compensação de nivelamento do leito, controle de avanço de pressão da extrusora, fuso múltiplo e controle da extrusora.
- Interfaces de usuário de fabricação avançada:Altamente benéficos para aplicações em impressão 3D, corte de formas, máquinas-ferramenta e robótica, diversos pacotes de software podem fornecer rapidamente uma interface gráfica de máquina fácil de personalizar, proporcionando um caminho para maior versatilidade. Projetadas com criatividade e otimização em mente, plataformas intuitivas, como o Yaskawa Compass, permitem que os fabricantes marquem e personalizem facilmente as telas. Desde a inclusão dos principais atributos da máquina até a acomodação das necessidades do cliente, pouca programação é necessária, pois essas ferramentas fornecem uma extensa biblioteca de plug-ins C# pré-construídos ou permitem a importação de plug-ins personalizados.
SUBA ACIMA
Embora os processos aditivos e subtrativos únicos continuem populares, uma mudança maior em direção ao método híbrido aditivo/subtrativo ocorrerá durante os próximos anos. Espera-se que cresça a uma taxa composta de crescimento anual (CAGR) de 14,8% até 20271, o mercado de máquinas híbridas de fabricação aditiva está preparado para atender ao aumento da evolução das demandas dos clientes. Para superar a concorrência, os fabricantes devem pesar os prós e os contras do método híbrido para as suas operações. Com a capacidade de produzir peças conforme necessário, para uma grande redução na pegada de carbono, o processo híbrido aditivo/subtrativo oferece alguns benefícios atraentes. Independentemente disso, as tecnologias avançadas para estes processos não devem ser negligenciadas e devem ser implementadas nas fábricas para facilitar uma maior produtividade e qualidade do produto.
Horário da postagem: 13 de agosto de 2021
