Объединение 3D-печати и робототехники для создания умных фабрик

3D-печать в сочетании с промышленными роботами может быть новым, но многообещающим подходом к производству.

Его развитию способствуют два основных фактора:необходимость более точного и многократного аддитивного создания больших объектов, а также возможность достижения более автоматизированного и интегрированного производства с помощью 3D-печати. По мере развития производственных технологий такая комбинация может стать одним из решений растущего перехода к цифровизации и интеллектуальному производству.

Объединить робототехнику и 3D-печать?

Сочетание промышленных роботов и 3D-печати может быть достигнуто двумя способами. Первый способ - оснастить роботизированный манипулятор головкой для нанесения материала.

Компания Stratasys сделала именно это с помощью своего Robotic Composite 3D Demonstrator, представленного на выставке IMTS в 2016 году. Экструзионная головка, основанная на технологии FDM компании Stratasys, была объединена с промышленным 8-осевым оборудованием для управления движением, что позволило производить изготовление более крупных, легких и точных деталей из термопластичных нитей.

Еще один способ объединить 3D-печать и робототехнику - создать интегрированное решение, в котором промышленные роботы помогают 3D-печати на различных этапах производства. Хорошим примером является базирующаяся в США служба 3D-печати Voodoo Manufacturing, которая создала промышленного робота для автоматизации ручного процесса замены рабочей пластины принтера, что повысило продуктивность производственного цеха.

Последующая обработка деталей, напечатанных на 3D-принтере, также может быть автоматизирована с помощью робототехники. Американская компания Methods 3D, занимающаяся 3D-печатью, на выставке IMTS 2016 продемонстрировала автоматизированную промывку, отверждение и окончательную отделку деталей аддитивного производства с помощью роботизированных манипуляторов Fanuc.

Преимущества робототехники

Промышленные роботы - это автоматизированные машины, обеспечивающие высокую повторяемость и свободу движений по нескольким осям. 3D-печать известна своей способностью создавать детали со сложной геометрией быстрым и экономичным способом. В сочетании роботизированное аддитивное производство потенциально может создавать крупномасштабные объекты.

Благодаря многоосной роботизированной руке роботизированный 3D-принтер может двигаться в различных направлениях и 3D-печать под разными углами, что еще больше расширяет свободу создания сложных форм. Кроме того, этот тип технологий обычно не использует никаких поддерживающих структур. Хотя это означает, что объекты, созданные с помощью роботизированной 3D-печати, должны быть самонесущими, эту проблему можно решить, переориентируя платформу здания, сделав возможными выступы.

Сочетание робототехники и 3D-печати также выгодно с точки зрения лучшего управления материалами. 3D-печать сокращает отходы материала, так как материал откладывается только там, где это необходимо. Таким образом, роботизированная 3D-печать представляет собой устойчивый подход к производству.

Хотя рынок роботизированного аддитивного производства все еще находится в зачаточном состоянии, он предлагает решения с использованием различных материалов и технологий для ряда отраслей.

Например, индустрия литья металлов может извлечь выгоду из системы роботизированного аддитивного производства (RAM), разработанной Viridis3D. В настоящее время Viridis3D предлагает четыре RAM-системы, разработанные в сотрудничестве с EnvisionTEC. В отличие от роботизированного 3D-принтера Stratasys на основе FDM, система RAM использует технологию струйной печати вяжущего и работает в основном с песком. В нем используется промышленный робот-манипулятор ABB со струйной головкой, который наносит слои песка и жидкого связующего на платформу для печати. Песок постепенно сливается, образуя большой твердый объект.

Один из пользователей системы RAM, компания Hazleton Casting Company, считает, что роботизированная 3D-печать на песке кардинально меняет правила игры в индустрии литья металлов, отчасти потому, что она обеспечивает масштабируемую платформу для производства нестандартных изделий. геометрически сложные песчаные стержни и формы быстрее и по требованию.

3D-печать и робототехника:примеры использования

Строительная отрасль может стать одним из крупнейших бенефициаров роботизированной 3D-печати. Некоторые строительные компании обратились к промышленным роботам-манипуляторам для 3D-печати из различных материалов.

Французский стартап XtreeE, например, оснастил роботизированный манипулятор ABB экструдером для бетона для создания сложных геометрических фигур. сооружения высотой до 14 м. Этот 3D-принтер позволяет дизайнерам и архитекторам экспериментировать с различными формами благодаря свободе передвижения промышленного робота-манипулятора. В сотрудничестве с компаниями гражданского строительства и архитектуры XtreeE разработала впечатляющий портфель проектов. Проекты XtreeE, исследующие концепции устойчивого проектирования и строительства, включают напечатанные на 3D-принтере фасадные панели, колонны, скамейки и даже павильоны.

Также возможно роботизированное аддитивное производство из металла. MX3D Metal - отличный пример гибридного 3D-принтера, разработанный голландской компанией MX3D. 3D-принтер сочетает в себе промышленного робота и сварочного аппарата для создания больших металлических трехмерных конструкций. Используя ряд металлов в форме проволоки, машина плавит и плавит небольшое количество материала за раз, создавая структуру произвольной формы без использования опор. В прошлом году компания привлекла внимание прессы, выпустив 12-метровый стальной мост на 3D-принтере, который должен быть завершен и установлен к концу 2018 года.

Еще одна компания, продвигающая роботизированные приложения для 3D-печати в строительстве, - это лондонская компания Ai Build. С момента основания в 2015 году Ai Build занимается разработкой искусственного интеллекта и компьютерного зрения для крупномасштабной 3D-печати. В результате появился AiMaker - роботизированная головка инструмента для 3D-печати на базе искусственного интеллекта, которую можно прикрепить к любой роботизированной руке, что позволяет аддитивно изготавливать крупномасштабные архитектурные элементы из пластика. Алгоритмы AI в сочетании с датчиками и камерами позволяют AiMaker отслеживать процесс печати и обнаруживать любые возникающие проблемы.

Взгляд в будущее

Интеллектуальные промышленные роботы и аддитивные машины в сочетании с искусственным интеллектом могут иметь гораздо более широкий спектр приложений, включая интеллектуальный и автоматизированный ремонт. Технологический университет Суинберна в сотрудничестве с Центром инновационных производственных кооперативных исследований (IMCRC) и Tradiebot Industries работает над проектом под названием Repair Bot. Проект направлен на развитие сервиса автоматического ремонта пластмассовых автомобильных деталей. Для создания запасной части будут использоваться 3D-сканирование и 3D-печать, а промышленные роботы автоматизируют процесс сборки.

В конечном счете, сочетание аддитивного производства и робототехники выгодно не только потому, что оно делает возможным крупномасштабное производство. масштабировать 3D-печатные объекты. В более широком плане промышленные роботы помогают интегрировать технологию с обычными автоматизированными производственными системами. Автоматизация аддитивного производства и его интеграция в промышленный ландшафт в конечном итоге откроют множество возможностей для интеллектуального производства будущего.