Los servomotores y los robots están transformando las aplicaciones de aditivos. Conozca los últimos consejos y aplicaciones al implementar la automatización robótica y el control de movimiento avanzado para la fabricación aditiva y sustractiva, así como lo que sigue: piense en métodos híbridos aditivos/sustractivos.
AVANZANDO EN LA AUTOMATIZACIÓN
Por Sarah Mellish y RoseMary Burns
La adopción de dispositivos de conversión de energía, tecnología de control de movimiento, robots extremadamente flexibles y una combinación ecléctica de otras tecnologías avanzadas son factores que impulsan el rápido crecimiento de nuevos procesos de fabricación en todo el panorama industrial. Al revolucionar la forma en que se fabrican prototipos, piezas y productos, la fabricación aditiva y sustractiva son dos excelentes ejemplos que han proporcionado la eficiencia y el ahorro de costos que los fabricantes buscan para seguir siendo competitivos.
Conocida como impresión 3D, la fabricación aditiva (AM) es un método no tradicional que generalmente utiliza datos de diseño digital para crear objetos tridimensionales sólidos fusionando materiales capa por capa de abajo hacia arriba. A menudo, al fabricar piezas con forma casi neta (NNS) sin desperdicio, el uso de AM para diseños de productos básicos y complejos continúa permeando industrias como la automotriz, aeroespacial, energética, médica, de transporte y de productos de consumo. Por el contrario, el proceso sustractivo implica eliminar secciones de un bloque de material mediante corte o mecanizado de alta precisión para crear un producto 3D.
A pesar de las diferencias clave, los procesos aditivo y sustractivo no siempre son mutuamente excluyentes, ya que pueden usarse para complementar varias etapas del desarrollo de productos. Con frecuencia, el proceso aditivo crea un modelo o prototipo conceptual temprano. Una vez finalizado el producto, es posible que se requieran lotes más grandes, lo que abre la puerta a la fabricación sustractiva. Más recientemente, donde el tiempo es esencial, se están aplicando métodos híbridos aditivos/sustractivos para cosas como reparar piezas dañadas/desgastadas o crear piezas de calidad con menos tiempo de entrega.
AUTOMATIZAR EL AVANCE
Para satisfacer las estrictas demandas de los clientes, los fabricantes están integrando una variedad de materiales de alambre como acero inoxidable, níquel, cobalto, cromo, titanio, aluminio y otros metales diferentes en la construcción de sus piezas, comenzando con un sustrato suave pero resistente y terminando con un sustrato duro y resistente al desgaste. -componente resistente. En parte, esto ha revelado la necesidad de soluciones de alto rendimiento para una mayor productividad y calidad en entornos de fabricación tanto aditivos como sustractivos, especialmente cuando se trata de procesos como la fabricación aditiva por arco de alambre (WAAM), WAAM-sustractiva, revestimiento láser-sustractivo o decoración. Los aspectos más destacados incluyen:
- Tecnología servoavanzada:Para abordar mejor los objetivos de tiempo de comercialización y las especificaciones de diseño del cliente, en lo que respecta a la precisión dimensional y la calidad del acabado, los usuarios finales están recurriendo a impresoras 3D avanzadas con servosistemas (en lugar de motores paso a paso) para un control de movimiento óptimo. Los beneficios de los servomotores, como el Sigma-7 de Yaskawa, cambian el proceso aditivo y ayudan a los fabricantes a superar problemas comunes a través de capacidades de mejora de la impresora:
- Supresión de vibraciones: los servomotores robustos cuentan con filtros de supresión de vibraciones, así como filtros antiresonancia y de muesca, lo que produce un movimiento extremadamente suave que puede eliminar las líneas escalonadas visualmente desagradables causadas por la ondulación del par del motor paso a paso.
- Mejora de la velocidad: una velocidad de impresión de 350 mm/seg ya es una realidad, más del doble de la velocidad de impresión promedio de una impresora 3D que utiliza un motor paso a paso. Del mismo modo, se puede lograr una velocidad de desplazamiento de hasta 1.500 mm/s usando tecnología rotativa o de hasta 5 metros/s usando tecnología servo lineal. La capacidad de aceleración extremadamente rápida proporcionada por servos de alto rendimiento permite mover los cabezales de impresión 3D a sus posiciones adecuadas más rápidamente. Esto contribuye en gran medida a aliviar la necesidad de ralentizar un sistema completo para alcanzar la calidad de acabado deseada. Posteriormente, esta mejora en el control de movimiento también significa que los usuarios finales pueden fabricar más piezas por hora sin sacrificar la calidad.
- Ajuste automático: los servosistemas pueden realizar de forma independiente su propio ajuste personalizado, lo que permite adaptarse a cambios en la mecánica de una impresora o variaciones en un proceso de impresión. Los motores paso a paso 3D no utilizan retroalimentación de posición, lo que hace casi imposible compensar cambios en los procesos o discrepancias en la mecánica.
- Retroalimentación del codificador: los servosistemas robustos que ofrecen retroalimentación absoluta del codificador solo necesitan realizar una rutina de referencia una vez, lo que resulta en un mayor tiempo de actividad y ahorro de costos. Las impresoras 3D que utilizan tecnología de motor paso a paso carecen de esta característica y deben volver a conectarse cada vez que se encienden.
- Detección de retroalimentación: la extrusora de una impresora 3D a menudo puede ser un cuello de botella en el proceso de impresión, y un motor paso a paso no tiene la capacidad de detección de retroalimentación para detectar un atasco en la extrusora, un déficit que puede arruinar todo un trabajo de impresión. Teniendo esto en cuenta, los servosistemas pueden detectar retrocesos en el extrusor y evitar que se desprendan los filamentos. La clave para un rendimiento de impresión superior es tener un sistema de circuito cerrado centrado alrededor de un codificador óptico de alta resolución. Los servomotores con un codificador absoluto de alta resolución de 24 bits pueden proporcionar 16.777.216 bits de resolución de retroalimentación de circuito cerrado para una mayor precisión del eje y del extrusor, así como sincronización y protección contra atascos.
- Robots de alto rendimiento:Así como los servomotores robustos están transformando las aplicaciones de aditivos, también lo están haciendo los robots. Su excelente rendimiento de trayectoria, estructura mecánica rígida y altas clasificaciones de protección contra el polvo (IP), combinados con control antivibración avanzado y capacidad multieje, hacen de los robots de seis ejes altamente flexibles una opción ideal para los procesos exigentes que rodean la utilización de 3D. impresoras, así como acciones clave para la fabricación sustractiva y los métodos híbridos aditivo/sustractivo.
La automatización robótica complementaria a las máquinas de impresión 3D implica en gran medida la manipulación de piezas impresas en instalaciones de varias máquinas. Desde la descarga de piezas individuales de la máquina de impresión hasta la separación de piezas después de un ciclo de impresión de varias piezas, los robots altamente flexibles y eficientes optimizan las operaciones para lograr un mayor rendimiento y ganancias de productividad.
Con la impresión 3D tradicional, los robots son útiles en la gestión del polvo, rellenando el polvo de la impresora cuando es necesario y eliminando el polvo de las piezas terminadas. De manera similar, otras tareas de acabado de piezas populares en la fabricación de metales, como esmerilado, pulido, desbarbado o corte, se logran fácilmente. La inspección de calidad, así como las necesidades de embalaje y logística, también se satisfacen con tecnología robótica, lo que permite a los fabricantes centrar su tiempo en trabajos de mayor valor añadido, como la fabricación personalizada.
Para piezas de trabajo más grandes, se están utilizando robots industriales de largo alcance para mover directamente el cabezal de extrusión de una impresora 3D. Esto, junto con herramientas periféricas como bases giratorias, posicionadores, pistas lineales, pórticos y más, proporcionan el espacio de trabajo necesario para crear estructuras espaciales de forma libre. Además de la clásica creación rápida de prototipos, los robots se utilizan para la fabricación de piezas de forma libre de gran volumen, moldes, construcciones de celosías en forma 3D y piezas híbridas de gran formato. - Controladores de máquinas multieje:La tecnología innovadora para conectar hasta 62 ejes de movimiento en un solo entorno ahora hace posible la sincronización múltiple de una amplia gama de robots industriales, servosistemas y variadores de frecuencia utilizados en los procesos aditivos, sustractivos e híbridos. Ahora toda una familia de dispositivos puede trabajar juntos sin problemas bajo el control y la supervisión completos de un PLC (controlador lógico programable) o un controlador de máquina IEC, como el MP3300iec. A menudo programadas con un paquete de software IEC 61131 dinámico, como MotionWorks IEC, las plataformas profesionales como esta utilizan herramientas familiares (es decir, códigos G RepRap, diagrama de bloques de funciones, texto estructurado, diagrama de escalera, etc.). Para facilitar la integración y optimizar el tiempo de actividad de la máquina, se incluyen herramientas listas para usar, como compensación de nivelación de la plataforma, control de avance de la presión del extrusor, husillo múltiple y control del extrusor.
- Interfaces de usuario de fabricación avanzada:Altamente beneficiosos para aplicaciones de impresión 3D, corte de formas, máquinas herramienta y robótica, diversos paquetes de software pueden ofrecer rápidamente una interfaz gráfica de máquina fácil de personalizar, proporcionando un camino hacia una mayor versatilidad. Diseñadas teniendo en cuenta la creatividad y la optimización, las plataformas intuitivas, como Yaskawa Compass, permiten a los fabricantes marcar y personalizar pantallas fácilmente. Desde incluir atributos centrales de la máquina hasta satisfacer las necesidades del cliente, se requiere poca programación, ya que estas herramientas proporcionan una biblioteca extensa de complementos C# prediseñados o permiten la importación de complementos personalizados.
SOBREPONERSE A
Si bien los procesos aditivos y sustractivos únicos siguen siendo populares, durante los próximos años se producirá un mayor cambio hacia el método híbrido aditivo/sustractivo. Se espera que crezca a una tasa de crecimiento anual compuesta (CAGR) del 14,8 por ciento para 2027.1, el mercado de máquinas híbridas de fabricación aditiva está preparado para satisfacer el aumento de las demandas cambiantes de los clientes. Para destacarse de la competencia, los fabricantes deberían sopesar los pros y los contras del método híbrido para sus operaciones. Con la capacidad de producir piezas según sea necesario, con una importante reducción de la huella de carbono, el proceso híbrido aditivo/sustractivo ofrece algunos beneficios atractivos. De todos modos, las tecnologías avanzadas para estos procesos no deben pasarse por alto y deben implementarse en los talleres para facilitar una mayor productividad y calidad del producto.
Hora de publicación: 13-ago-2021
