Роботизированная укладка волокна, развитие 3D-печати

Преимущества, обещанные Индустрией 4.0, реализуются на предприятии Ingersoll Machine Tools в Рокфорде, штат Иллинойс. Важнейшими инструментами здесь являются моделирование конструкции станка с помощью «цифрового двойника», более высокий интеллект роботов и сложное движение. Эти инструменты делают крупномасштабное производство пресс-форм, механическую обработку деталей и автоматизацию процессов доступными для более широкого круга аэрокосмической, морской и других отраслей промышленности.

«Перелом, обещанный Индустрией 4.0, уже начался, — сказал Джейсон Мелчер, вице-президент по продажам Ingersoll. «Что еще более примечательно, так это то, что это происходит в аэрокосмической отрасли, где проектирование машин для улучшения производства пресс-форм и деталей является почти самым большим из больших, самым сложным из сложных».

«Здесь импеданс процесса оценивается не только час за часом, но и минута за минутой, а также фунты в час», — пояснил Мелчер. «Мы видим большую технологичность, поддерживаемую в будущем лучшей в аэрокосмической отрасли платформой ЧПУ и технологии движения».

Улучшение процессов всегда было важным в Ingersoll. На протяжении многих лет инженеры-механики, программисты и инженеры-технологи компании совместно с инженерами Siemens разрабатывали конструкции крупноформатных машин следующего поколения.

Но что именно делают Ingersoll и Siemens для действительно прорыва?

Теперь эти две технологические компании объединяются с инженерными группами клиентов, чтобы изобретать, проверять и снижать риски. Они сотрудничают в более широком масштабе, где интеллектуальная роботизированная укладка волокна и массовое производство деталей для печати / фрезерования уже не мечта, а реальность.

Роботизированное размещение волокна

Компания Ingersoll, давний игрок в области автоматизированного размещения волокон (AFP) для аэрокосмической отрасли, в области высокопроизводительной робототехники кажется естественным прогрессом. Цель компании заключалась в том, чтобы сделать роботизированную укладку волокна доступной для производителей аэрокосмических деталей второго и третьего уровня. Но этому восхождению на аэрокосмический рынок мешали несколько земных реалий, в том числе историческая неточность крупномасштабного роботизированного позиционирования, отсутствие роботизированного контроля на уровне оператора станка и высокая стоимость проектирования и создания крупномасштабных специализированных систем. Системы АФП.

Точное роботизированное позиционирование: Даже в последние годы точность позиционирования крупномасштабной робототехники не превышала примерно 5 мм с плохой воспроизводимостью. Чтобы устранить это ограничение, компания Siemens усовершенствовала свой мощный ЧПУ Sinumerik 840D sl, включив в него Run MyRobot, сложное программное обеспечение для роботизированной компенсации.

Это позволило компании Ingersoll интегрировать робототехнику в свои новые конструкции машин для укладки волокна Robotic FP, достигнув повторяемой точности роботизированного позиционирования менее 1 мм. Точность поддерживается как для стандартного, так и для обратного роботизированного движения.

Роботизированное управление станком: Роботизированное движение станка Robotic FP легко контролируется на станке с помощью интерфейса Siemens Sinumerik CNC Operate. Интуитивно понятный графический интерфейс управления является универсальным для платформы управления ЧПУ Sinumerik. Клиенты из аэрокосмической отрасли могут добиться более высокой эффективности процессов в масштабе всего предприятия, поскольку операторы быстро освоятся и станут более эффективными, используя интерфейс, который остается одинаковым от машины к машине, даже при переходе от трехосных к пятиосным или шестиосевым роботам с большим количеством осей (поворотный стол, мандрил, линейный рельс и др.). Опыт оператора одинаков при управлении традиционной укладкой волокна, роботизированной укладкой волокна, 3D-печатью, роботизированной 3D-печатью или любым процессом обработки с ЧПУ.

Моделирование конструкции машины: Станкостроительная промышленность давно ожидала возможности виртуально проектировать, тестировать и перепроектировать цифровой двойник машины, пресс-формы или детали, прежде чем переходить к реальному производству. В аэрокосмической отрасли огромные размеры машины или детали сделали физическое прототипирование особенно дорогостоящим.

Традиционное прототипирование методом проб и ошибок привело бы к огромным потерям времени и материалов. Чтобы обойти эти ограничения, инженеры-программисты Ingersoll разработали программное обеспечение для моделирования, которое позволяет инженерам-технологам виртуально проектировать и разрабатывать машину, пресс-форму или деталь. Программное обеспечение основано на программном обеспечении моделирования Siemens Virtual NC Controller Kernel (VNCK). Контроллер обрабатывает и моделирует практически все данные цикла обработки и траектории движения инструмента точно так же, как они будут выполняться на реальном станке, а интерфейс Sinumerik Operate графически отображает точное моделирование цифрового двойника.

Крупномасштабная 3D-печать и фрезерование

Крупнейшие в мире термопластичные 3D-принтеры сразу же привлекают внимание аэрокосмических инженеров, когда они входят в огромный центр разработки Ingersoll Machine Tools.

Приспособившись к огромным размерам машины MasterPrint, внимание инженеров привлекает перспектива более быстрого прототипирования, более короткого времени выполнения заказа и 90-процентного снижения производственных затрат. Инновации Ingersoll продолжаются с разработкой MasterPrint 5X — печатно-фрезерной машины «под ключ» с еще большим прорывом в производительности, который снова стал возможен благодаря платформе ЧПУ Siemens Sinumerik 840D sl.

Майкл Фальк — инженер по мехатронике и руководитель отдела продаж Siemens, который поддерживал компанию Ingersoll в развертывании серии MasterPrint. Фальк часто был свидетелем реакции аэрокосмических инженеров, посещающих центр разработки Ingersoll, и он может подтвердить, почему фактор «5X» так привлекателен. «В девяноста процентах случаев все, что напечатано на 3D-принтере, требует окончательной обработки», — сказал Фальк. «Новый MasterPrint делает именно это как операцию «под ключ» для производства крупнейших в мире деталей с использованием технологии автоматической смены головки, разработанной Ingersoll и поддерживаемой Siemens».

Фальк сказал, что авиакосмические и военно-морские инженеры сейчас наблюдают в Ingersoll свою способность исследовать цели улучшения процессов, которые когда-то были недостижимы. «В октябре 2019 года Университет штата Мэн был удостоен трех мировых рекордов Гиннеса за 3D-печать 25-футовой лодки, которая действительно может плавать и перевозить людей», — сказал он. "Что примечательно, так это то, что с тех пор инженеры Ingersoll в несколько раз превзошли рекорд по размерам".

Эффективность заводской печати: Подход MasterPrint к широкоформатной 3D-печати сочетает в себе повышенную скорость, ловкость и точность движения по пяти осям. Один и тот же портал теперь может выполнять функции печати, фрезеровки, укладки волокна, укладки ленты, проверки, обрезки и т. д.

3D-печать под любым углом: По словам Фалька, Ingersoll выпускает новый MasterPrint 5X. Машина может печатать под любым углом в полной мере. Итак, теперь вы можете быстро изготовить массивную форму или деталь, используя наиболее эффективную последовательность. Печатное сопло с пятью осями соответственно меняет ориентацию для печати более сложных деталей.

Высокоскоростная синхронизация: «Действия синхронизации во время 3D-печати — это то место, где происходит много волшебства», — сказал Фальк. «Вы получаете великолепно выглядящие детали с неизменной геометрией борта. Печать замедляется только по мере необходимости на углах, а затем возобновляется с оптимальной скоростью. Углы не перегружены. Нет проблем с заполнением, нет сужения буртика, нет пустот в инструменте и нет отложений материала внутри детали».

Роботизированная 3D-печать: Компания Ingersoll в полной мере воспользовалась преимуществами Sinumerik Run MyRobot/Direct Control, программного обеспечения для роботизированной компенсации, которое теперь является ключевой функцией ЧПУ Siemens Sinumerik 840D sl. Ingersoll предлагает широкий спектр роботизированных систем, в которых ЧПУ на станке может управлять несколькими модулями, которыми управляет один и тот же робот.

Наборы инструментов для будущего

Джейсон Мелчер и Майкл Фальк стали свидетелями неустанного энтузиазма инженеров Ingersoll Machine Tools, которые поднимают исследовательские вопросы в культуре поддержки. Они описывают лабораторную среду, в которой инженер-технолог, недавно закончивший колледж, быстро изучает вещи, которые не охватывают даже самые продвинутые курсы по мехатронике.

В Ingersoll перед инженерами стоит задача изобретать, проверять, изучать и создавать более совершенные процессы обработки, и для этого им предоставлены инструменты.

«Siemens привносит в процесс проектирования машин открытый набор инструментов, — сказал Фальк.

«У вас есть пятиосное управление Sinumerik 840D, полный набор двигателей, приводов и компонентов. У вас есть программное обеспечение для моделирования и открытое приглашение к сторонним инновациям. Все это объединяется вместе с ЧПУ Sinumerik и его виртуальным аналогом, ядром VNCK, которые становятся мозгом гораздо более развитого процесса обработки».

Нейт Хауг — инженер-технолог компании Ingersoll. Он является одним из многих вдохновленных инженеров компании, которые подтверждают преимущества использования более открытого набора инструментов ЧПУ и управления движением. «Siemens начинает с языка программирования, который позволяет нам делать гораздо больше, чем мы могли бы, используя управление на основе «только G-кода», — сказал Хауг. «На самом деле есть два набора инструментов. Одним из них является язык Siemens, который позволяет использовать широкий набор функций и переменных. Другой набор инструментов позволяет нам внедрять условные функции в мозг NC. Без обоих этих наборов инструментов мы не смогли бы делать то, что делаем. Мы используем 840D на машине для укладки волокна, на роботизированной машине для укладки волокна, на 3D-принтере, на роботизированном 3D-принтере, на станках с двумя головками, с вертикальными, с пятью головками, практически любой конфигурации».

Хауг сказал, что помимо усовершенствования существующих станков в Ingersoll, он и его коллеги-инженеры используют свои наборы инструментов ЧПУ Siemens Sinumerik для изучения путей разработки новых станков. Одним из таких направлений является исследование материалов.

«Каждый материал имеет свои свойства текучести, — пояснил Хауг. «Управление Siemens позволяет нам изменять функции в коде, чтобы приспособиться к материалу.

Платформа ЧПУ позволяет нам исследовать более широкий спектр материалов».

Вопросы о свойствах материалов исследуют такие переменные, как прочность, усадка, деформация и использование изотропных и анизотропных материалов. Материальные решения появляются в сфере быстрого прототипирования для гражданских, оборонных и инфраструктурных приложений. Также появляется концепция единственного в своем роде принтера, который может поддерживать амбициозные инициативы, такие как сырье на биологической основе с использованием целлюлозы, полученной из древесных ресурсов.

Самоконтроль машин. Несмотря на то, что визуальные проверки, проводимые вручную, сегодня все еще распространены, они становятся аналоговыми ответами на все более и более цифровую автоматизированную производственную задачу.

Компания Ingersoll предвидит, что скоро наступит день, когда инспекции станут обычной функцией машины в качестве второстепенного процесса. Процесс механической обработки укладки волокна будет контролировать укладку, проверять наличие дефектов и обеспечивать точность и надежность детали. Точно так же гибридный процесс 3D-печати когда-нибудь будет печатать и обрабатываться вплотную друг к другу с полностью интегрированным самоконтролем процесса.

Разработка этих автоматизированных процессов самоконтроля уже поддерживается ЧПУ Siemens и платформой управления движением, которая управляет точным позиционированием и обратной связью по положению. Машина может обнаруживать, отслеживать и сообщать о любых отклонениях.

Как продемонстрировали компании Ingersoll и Siemens, обещанные преимущества «Индустрии 4.0» реализуются уже сегодня. Удалив границы для крупноформатной роботизированной укладки волокна и 3D-печати, теперь растут ожидания в отношении революционных улучшений во всем процессе производства деталей.

«Это масштабное мышление», — сказал Джейсон Мелчер из Ingersoll. «Когда мы посещаем клиента, мы изучаем возможности улучшения процесса. Речь идет не о линейной карте машин с фиксированными характеристиками и функциями. Мы вступаем в разговоры об индивидуальных улучшениях процессов».

Для инженеров в аэрокосмической, морской и других прогрессивных отраслях инновации в более широком масштабе означают, что теперь у них есть неограниченный набор инструментов для исследований, как никогда раньше.