Последние достижения в области робототехники и внедрение новых технологий позволяют значительно повысить точность изготовления деталей. Кроме того, использование роботов в аддитивном производстве открывает возможность создавать детали большего размера. Роботов стали все чаще использовать в аддитивном производстве, поскольку они обеспечивают эффективность и точность и позволяют увеличивать размеры создаваемых деталей (рис. 1). В статье мы рассмотрим достижения двух компаний, которые на основе аддитивных технологий и с помощью роботов производят моноблочные компоненты, — Arevo и Fanuc America. А также ознакомимся с опытом компании Physik Instrumente (PI), которая производит сверление деталей, достигая при этом субмикронной точности, что, в свою очередь, позволяет производителям повысить точность оборудования для процессов аддитивного производства.
Рис. 1. Постобработка позволяет добиться очень гладкой поверхности.
Изображение предоставлено компаниями FANUC / RIA
Продвижение по пути автоматизации
Компания Arevo, основанная в 2013 г. как стартап, разработала цифровую технологию для создания прочных и легких деталей, которые изготавливаются по запросу для самого широкого круга клиентов. Винер Мондезир (Wiener Mondesir), соучредитель и технический директор компании, рассказал нам, что их проприетарное программное обеспечение Xplorator позволяет создавать легкие и прочные детали на основе композитов из углеродного волокна. Партнеры компании согласились с тем, что «если у нас есть программное обеспечение, которое может анализировать реальные условия нагрузки и определять правильную ориентацию волокна, то такое программное обеспечение действительно расширит горизонты наших возможностей».
Программное обеспечение Xplorator послужило и второй цели основателей компании Arevo, которая заключалась в устранении процедур ручной сборки. «Мы решили, что для того, чтобы дать нашим клиентам полную свободу действий, должен быть найден способ сделать это автоматизированным способом», — сказал Винер Мондезир.
По его словам, в 2014 г. истек срок действия первоначальных патентов 3D-печати, что открыло широкие возможности для производителей оборудования. Поэтому следующим шагом компании Arevo был поиск не только и не столько решений для печати, но и наилучшего способа сборки с использованием программного моделирования. И в этом плане 3D-печать была ключом к созданию композитных конструкций.
«Если бы мы смогли адаптировать 3D-печать с помощью программного обеспечения к конкретной детали, то мы бы поняли, как ориентировать волокна и как построить такую структуру, которая могла бы соответствовать любому типу заранее заданного свойства материала или детали, — объяснил Винер Мондезир. — Именно для этого мы, по сути, и построили машину. Последняя наша итерация — это углепластиковый принтер Aqua 2».
Третьим важным моментом для компании Arevo были материалы. Сначала 3D-печать использовалась в основном для прототипов, но теперь целью компании была печать компонентов непосредственно для нужд серийного производства.
«При серийном производстве необходимо понимать, как эта деталь будет работать в реальном мире с точки зрения качественных характеристик, повторяемости, точности, допусков по размерам и обеспечения долговременной гарантии сохранения заданных свойств при эксплуатации», — рассказал Мондезир.
После того как компания Arevo создала свои первые прототипы аддитивного оборудования, она решила обеспечить возможность множественного доступа, а также ориентации в трехмерном пространстве и добавила в технический процесс роботов.
Кроме того, использование в оборудовании компании Arevo композитов из углеродного волокна позволяет быстро переходить от концепции детали к ее серийному выпуску.
Компания Arevo принимает от клиентов заказы и продолжает разрабатывать новые возможности применения композитов из углеродного волокна, проводя ежемесячные хакатоны (мозговые штурмы на бесплатной основе, где участники представляют и обсуждают инновационные идеи и методы работы). На основе этих хакатонов компания разработала хорошо зарекомендовавшие себя теннисную ракетку и мебель из углеродного волокна. В рамках отдельного проекта компания Arevo в этом году разработала из углеродного волокна два варианта велосипедов Superstrata — обычный и со вспомогательным электроприводом. Вначале этот велосипед собирались использовать только для демонстрации технологий, но, как оказалось, он имеет и рыночный интерес. Его рама представляет собой цельный кусок углеродного волокна, разработанный с помощью ПО Xplorator от компании Arevo и напечатанный на платформе Aqua. Каждый велосипед изготавливается по индивидуальному заказу с кастомизируемыми рамами, подгоняемыми под форму тела пользователей с учетом длины ног и размеров тела.
Металлическая проволока для производства крупногабаритных деталей
Компания Fanuc America является одним из лидирующих производителей роботов с широким кругом клиентов в автомобильной, аэрокосмической, сельскохозяйственной и многих других отраслях промышленности. Ее материнская компания Fanuc была основана в Японии в 1956 г.
Fanuc America, работая с партнерами, которые специализируются на интеграции роботов для создания автоматизированных систем, поставляет в аэрокосмическую промышленность роботы, которые выполняют аддитивное производство или 3D-печать.
Последние достижения в аддитивном производстве сварочной проволоки (Wire and arc additive manufacturing, WAAM — дуговое аддитивное производство из проволоки) позволяют создавать большие детали с помощью роботов (рис. 2). Марк Шерлер (Mark Scherler), генеральный директор Fanuc America, рассказал, что процесс дугового аддитивного производства из проволоки дает возможность изготавливать металлические детали, подходящие для автомобилей и самолетов. «Если экструзионная головка может быть размещена на роботе, она переходит от трехосевой системы к шестиосевой, — объяснил Марк Шерлер. — Таким образом, очевидно, что мы можем манипулировать головкой множеством способов и с помощью разных моделей роботов, которые обеспечивают больший диапазон, чем стандартные аддитивные системы. Так вы можете создавать детали больших габаритов».
Рис. 2. Оператор отслеживает процесс WAAM, выполняемый коллаборативным роботом
Марк Шерлер отметил, что потрясен новыми возможностями, которые открывает аддитивный процесс, включая гибкость конструкции, снижение веса деталей и возможность создавать более эффективные конструкции. Хотя лишь часть группы исследований и разработок в компании Fanuc America, состоящей из 100 человек, занимается непосредственно аддитивным производством, внимания к этой технологии стало намного больше.
Кроме того, компания Fanuc America осваивает концепцию коллаборативных роботов (коботов), которая позволяет человеку взаимодействовать с роботом или стоять рядом с ним во время его работы без стандартной защиты. Такого робота компания продемонстрировала на выставке Fabtech — техпроцесс WAAM для небольших металлических деталей, типичных для аэрокосмической промышленности. При серийном производстве такие детали могут достигать трех или даже четырех футов в высоту.
Прецизионная хонинговальная машина
Хонинговальные станки — это металлообрабатывающее оборудование, которое применяют для обработки отверстий в концентрических деталях, а также при обработке наружных цилиндрических поверхностей вращения деталей типа втулок, плунжеров, валиков, пальцев и др.
Компания Physik Instrumente (PI) специализируется на системах движения, которые позволяют создавать детали высокой точности для систем аддитивного производства (рис. 3). Мэтью Прайс (Matthew Price), технический менеджер по прецизионной автоматизации компании PI, рассказал, что у них есть команда из 40–50 человек, которые работают над созданием более точных деталей, предназначенных для аддитивного производства, часто с характеристиками, измеряемыми в микронных и субмикронных масштабах.
Рис. 3. Платформа для лазерной обработки печатных плат и электронных компонентов. Изображение предоставлено компаниями Physik Instrumente (PI) / RIA
У компании есть полнофункциональное программное и аппаратное обеспечение, которое позволяет перемещать субстрат в системы аддитивного производства.
Рис. 4. Аддитивное производство в наномире: настольный принтер TERA-Fab для наноструктур. В нем используется компактный трехмерный пьезопозиционирующий столик (модель P-611 PI NanoCube) для перемещения подложки под матрицу «перьев». Изображение предоставлено компаниями TERA-print / RIA
«В основном мы сосредоточены на создании массива перьев, — рассказал Мэтью Прайс. — Для этого предназначены автоматизированные платформы, прецизионные столы, системы управления движением — это системы TERA-print / RIA (рис. 4, 5) — и программное обеспечение для поддержки лазерных процессов, дозаторов и экструдеров. У нас есть некоторые запатентованные процессы, которые помогают нам оптимизировать технологию, особенно с приложениями для дозирования материалов. Но наше ядро — это производство аппаратного и программного обеспечения, используемого для создания современных 3D-принтеров или передовых систем аддитивного производства».
Рис. 5. Настольный принтер TERA-Fab для наноструктур: 3D пьезопозиционный столик перемещает подложку. Изображение предоставлено компаниями TERA-print / RIA
Компания PI также часто работает с крупными университетскими исследовательскими центрами и коммерческими компаниями в частном и государственном секторах, которые используют чрезвычайно маленькие детали. «Им нужны детали размером менее 50 микрон и даже 30 микрон. Но существуют специализированные лазерные процессы, позволяющие получить детали еще меньшего размера, — отметил Мэтью Прайс и указал на фотополимеризацию как на еще одну перспективную технологию. Двухфотонная полимеризация может дать разрешение до менее чем сотни нанометров.
Автор: Лаура Морец (Laura Moretz), перевод Владимир Рентюк
Источник: https://controleng.ru/
Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!
