Аддитивное производство: Движитель инноваций в отраслях

Внедрение технологий движения, робототехники и преобразования энергии — ключевые драйверы сегодняшнего стремительного роста аддитивного производства. Этот нетрадиционный процесс создания твердых трехмерных объектов путем слоевочного наплавления материалов на основе цифровых данных (3D-печать) также способствует трансформационным результатам, которые реализуют компании в самых разных отраслях: авиации, автопроме, моде, биомедицине и потребительских товарах.

Растущая сложность

От ранних дней 3D-печати прототипов до набирающей обороты роли полноценного производителя промышленных изделий, сфера аддитивного производства (AM) быстро меняется. Раньше ограниченная пластиками, сегодня технология работает с керамикой, композитами, металлами, полимерами и гибридными материалами. Всего в аддитивных приложениях можно использовать более сотни материалов, открывая путь к производству более сложных, долговечных объектов: приспособлений для станков, полноразмерных форм для литья.

Несмотря на инновационные прорывы и обильный рост, все еще нужно сделать работу для достижения скорости, необходимой для того, чтобы аддитивное оборудование стало жизнеспособным для конечных пользователей, желающих производить готовые компоненты в больших объемах. Но радикальный скачок скорости не должен идти в ущерб качестве готовой детали. Это ставит перед отраслью большой вопрос: откуда придет качественный скачок в скорости аддитивного производства с сохранением качества?

Хотя окончательный ответ может прийти из множества источников, лучшее место для поиска идеального решения — улучшения, которые может дать управление движением.

Управление движением в аддитивном производстве сегодня

Когда люди думают об управлении движением в аддитивных технологиях, они обычно представляют, как быстро экструдер движется по печатающей платформе. Это безусловно важная часть промышленного уравнения, но есть и что-то еще. Например, успешное перемещение широкого спектра материалов с разными физическими свойствами через один и тот же экструдер — это тоже форма управления движением — и исключительно критически важная для долгосрочной промышленной производительности.

По мере роста использования аддитивного производства растет потребность в наборах инструментов и промышленных стандартах для преодоления проблем обработки для массового производства. Например, спрос на более высокую скорость станков при сохранении качества деталей стимулировал разработку и улучшение промышленных 3D-принтеров.

На заре AM небольшие настольные рамы управлялись хоббийными контроллерами, يقودя недорогими шаговыми двигателями. Этот подход лишен мощности и надежности — двух вещей, критически нужных для массового производства компонентов.

Сегодня аддитивное производство использует высокопроизводительные станочные контроллеры, передовые сервосистемы и робототехнику для повышения качества продукции и роста выпуска деталей. Конкретнее, 3D-принтеры, использующие сервоуправление с высоким разрешением обратной связи на всех осях (включая экструдер) вместо шаговых двигателей, позволяют высокоскоростное управление позицией, скоростью и моментом на всех осях, обеспечивая более быстрый стабильный поток с обнаружением заторов.

Огромные преимущества

От компонентов турбин до спортивной обуви, от дентальных коронок до новых домов — компании обращаются к промышленным системам управления движением для аддитивного производства, чтобы получить множество преимуществ:

• Гибкие и диверсифицированные возможности производства деталей
• Повышение времени работы производства
• Рост производственной эффективности (снижение общего расхода сырья)
• Снижение затрат на производство

Кроме того, производители, объединяющие технологии управления движением с промышленной роботизированной автоматизацией, получают гибкость, необходимую для создания фабрик, способных производить уникальные продукты, удовлетворяющие сложные требования.

Инновационные технологии

Координация множества движущихся частей и периферийного оборудования в процессе аддитивного производства — ключ к эффективному производству. Именно поэтому эксперты и инженеры Yaskawa America Inc., Drives & Motion Division, разработали инновационные технологии станочного управления и сервосистем:

• Контроллер движения MP3300iec и семейство сервоприводов Sigma-7 раскрывают высокую скорость и точность, необходимые для массового аддитивного производства, выполняя G-код программы и плавные кинематические профили движения.
• Производительность важна, но гибкость должна иметь равное значение. Эта потребность зародила Singular Control — возможность, встроенную в контроллер MP3300iec, управлять чем угодно: от шестиосевых роботов до роботизированных порталов и осевых сервоприводов — с одного устройства, с одной программой. Singular Control позволяет программировать множественные типы станков и дисциплины движения в пространстве аддитивного производства без необходимости нанимать специалиста по программированию роботов.
• Следующая революция приходит от сервопривода — сердца большинства аддитивных систем. Сервоприводы Sigma-7 и усилители SERVOPACK легко связываются с контроллерами Yaskawa, создавая системы движения, дающие заметные улучшения в скорости, точности и надежности. Например, интеллектуальные промышленные 3D-принтеры одной фирмы печатают со скоростью 350 мм/с, со временем перемещения 1 м/с. Это создает разницу, которую явно видно и в движении принтера, и в прибыли его владельца.

Непрерывные инновации

Отчет Wohlers 2017 оценивает текущий рынок материалов и оборудования в $7 млрд, и этот спрос, вероятно, будет расти на 17% в год в ближайшие годы. Для реализации этого прогноза есть ключевые области улучшения для массового производства товаров в разных отраслях.

Продолжающиеся исследования по объединению управления движением MP3300iec с линейной моторной технологией будут адресовать потребность в повышении скорости и точности 3D-печати. А дальнейшие открытия в использовании Singular Control MP3300iec для роботизированной 3D-печати помогут уточнить вторичные процессы с роботизированными руками для приложений вроде шлифовки поверхностей, манипулирования материалами, вставки и контроля.

Технологии и процессы аддитивного производства предоставляют принципиально иной способ проектирования и изготовления продуктов. С большими R&D этот метод производства готов стать наиболее ценной формой мануфактуринга, революционизируя отрасли способами, когда-то невообразимыми.

Приезжайте узнать больше!

В ноябре обязательно посетите стенд Yaskawa (#C11414) на FABTECH, 6–8 ноября в Georgia World Congress Center в Атланте, штат Иллинойс, чтобы узнать больше об аддитивном производстве и увидеть живую демонстрацию 3D-печати, в том числе наш самый быстрый в отрасли принтер (350 мм/с печать, 1000 мм/с быстрое перемещение, ускорение 4G)!