Роботы-манипуляторы для 3D-печати:ведущие производители, преимущества и недостатки

Роботизированная рука для 3D-принтера представляет собой промышленную шарнирно-сочлененную механическую руку с прикрепленной к ней 3D-печатающей головкой. Это обеспечивает масштаб и универсальность, позволяющие осуществлять 3D-печать в промышленных масштабах. Его можно применять к различным технологиям 3D-печати, таким как аддитивное производство проволочной дуги для печати металлом или экструзия гранул для печати гранулами. Роботы для 3D-печати разрабатываются быстрыми темпами, и благодаря их масштабам имеется множество потенциальных применений в строительной отрасли. В настоящее время ведется множество проектов сотрудничества с поставщиками роботизированных манипуляторов и сторонними специалистами по 3D-печати с целью разработки и коммерциализации различных подходов к аддитивному производству в больших масштабах. В этой статье речь пойдет о роботизированном манипуляторе для 3D-принтера, его производителях, преимуществах и недостатках. 

Что такое роботизированная рука для 3D-печати?

Роботизированная рука для 3D-печати — это форма производства роботизированной руки. Промышленная шарнирно-сочлененная роботизированная рука используется для перемещения печатающей головки при аддитивном производстве компонента. Его также можно назвать роботизированным аддитивным производством (RAM). Он может использовать признанные методы 3D-печати, такие как моделирование наплавлением (FDM) или направленное энергетическое осаждение (DED), но подаваемый материал перемещается и позиционируется с помощью роботизированной руки, а не с помощью портала. На рисунке 1 ниже показан стандартный шарнирный робот-манипулятор, используемый в промышленности:

Для получения дополнительной информации см. наше руководство «Все о 3D-печати».

Каковы преимущества роботизированной руки для проектов 3D-печати?

3D-печать роботизированной руки имеет ряд ценных преимуществ, в том числе:

1. Использование роботизированной руки для 3D-печати позволяет сразу же печатать модели большего размера (> 1 м в любом размере) по сравнению с обычными автономными 3D-принтерами. Если робот способен двигаться, можно распечатать модели размером до 30 м в одном измерении.
2. Пяти- или шестиосевое движение обеспечивает свободу перемещения 3D-печатающей головки. Это дает возможность отслеживать сложные пути для создания компонентов.
3. Робототехнические манипуляторы позволяют создавать большинство моделей без опор благодаря свободе движения печатающей головки. Однако, чтобы полностью избежать поддержки некоторых моделей, возможно, придется переместить платформу сборки, чтобы можно было переориентировать модель.
4. Робот-манипулятор может быть оснащен различными приспособлениями для 3D-печати, в том числе теми, которые позволяют использовать несколько подаваемых материалов, например WAAM или CBAM.

Каковы недостатки роботов-манипуляторов для проектов 3D-печати?

3D-печать роботизированной руки имеет ряд сложностей и ограничений, в том числе:

1. Использование роботизированной руки увеличивает затраты, помимо и без того дорогостоящей системы аддитивного производства. Ожидается, что общая стоимость установки превысит 100 000 долларов США.
2. Сложность.
3. Большинство систем 3D-печати с роботизированной рукой состоят из руки от одного специализированного поставщика, печатающей головки от другого поставщика и, возможно, программного обеспечения от третьего. Приобретение универсального решения у одного поставщика не является обычным и легким делом. Это создает некоторые трудности с интеграцией различных платформ.

Каковы различные решения производителей роботизированной руки для 3D-печати?

Как правило, существуют производители роботизированных манипуляторов, которые поставляют роботов и сотрудничают с организациями, занимающимися 3D-печатью. Кроме того, есть партнеры по технологиям 3D-печати, которые разрабатывают свой особый подход к аддитивному производству с помощью поставщиков роботизированных манипуляторов. Ниже перечислены некоторые производители 3D-печати роботизированных рук:

1. АББ

АББ — крупная транснациональная корпорация. Субъектом, занимающимся разработкой и поставкой роботизированного оружия, является компания ABB Robotics. ABB поставляет не только роботов, но и популярное программное обеспечение RobotStudio®, а также сотрудничает со специализированными организациями, такими как Massive Dimension, для развития технологий 3D-печати.

2. КУКА

KUKA — немецкая компания по автоматизации и робототехнике, широко используемая в производстве 3D-принтеров с роботизированными руками. Компания также специализируется на коллаборативных роботах, которые будут работать вместе с людьми. KUKA сотрудничает с другими командами 3D-печати, такими как Orbital Composites, и их роботы используются для множества различных приложений 3D-печати.

3. Комау

Comau — итальянский поставщик средств автоматизации и робототехники. Особое внимание компания уделяет интеграции Интернета вещей и искусственного интеллекта в работу своего роботизированного оружия. Сторонние компании, занимающиеся 3D-печатью, такие как CEAD и Continuous Composites, используют для производства роботизированные руки Comau.

4. Роботизированная рука от Hyperion Robotics

Компания Hyperion возникла в Хельсинки, Финляндия, и специализируется на строительной отрасли. Компания разработала собственную строительную смесь для экструзии в 3D-печатные конструкции, что ограничивает содержание цемента и максимально увеличивает переработку отходов.

5. СЕАД

CEAD базируется в Делфте, Нидерланды. Он уникален тем, что фокусируется на объединении возможностей 3D-печати и фрезерования с ЧПУ в одном блоке. В частности, AM Flexbot компании CEAD находит множество применений в качестве одной производственной станции.

6. Серия DXR от Weber Additive

Немецкая компания Weber Additive известна своей серией 3D-принтеров с роботизированной рукой DXR. Они используют экструдер для аддитивного производства полимеров.

7. Орбитальные композиты

Orbital Composites является пионером в индустрии 3D-печати роботизированных манипуляторов. Его Orbital S был первым 3D-принтером-роботом промышленного масштаба, который развивал впечатляющую скорость 2 м/с.

8. Огромное измерение

Massive Dimension специализируется на крупномасштабной 3D-печати и предоставляет роботизированные печатные ячейки «под ключ». Ее технология ориентирована на экструзию полимерных гранул.

9. Дизайн Пульсара Dyze

Pulsar™ от Dyze Design — это крупномасштабная система производства добавок для экструзии гранул, предназначенная для управления различными условиями эксплуатации. Благодаря тепловому экрану, контуру водяного охлаждения и соплам различных размеров принтер Pulsar способен печатать различными полимерами.

10. MX3D

Компания MX3D из Нидерландов широко известна благодаря 3D-печати стального пешеходного моста, который в настоящее время установлен в Амстердаме. Компания MX3D специализируется на печати металлами с использованием технологии WAAM и даже разработала для этой цели собственное специальное программное обеспечение.

11. Непрерывные композиты

Компания Continuous Composites продемонстрировала успех благодаря своей запатентованной технологии печати из углеродного волокна CF3D. НАСА заключило с компанией контракт на производство компонентов для использования в космосе.

12. Отраслевые технологии

Компания Branch Technology специализируется на конструкциях, основанных на 3D-печати, таких как полностью напечатанный на 3D-принтере павильон в Нэшвилле. Компания работает вместе с архитекторами и дизайнерами, чтобы продвигать применение 3D-печати в зданиях.

Как работает рука робота для 3D-печати?

Манипулятор для 3D-печати работает аналогично обычному промышленному манипулятору, за исключением того, что на конце манипулятора установлена печатающая головка. Рука робота имеет несколько суставов, каждый из которых обеспечивает некоторую свободу движений, в общей сложности обеспечивая пяти- или шестиосное управление. Затем робот сможет перемещать, наклонять и позиционировать печатающую головку в различных возможных положениях. Таким образом, рука робота перемещает печатающую головку над компонентом для печати нескольких слоев и контуров.

Каковы варианты программного обеспечения для 3D-печати руки робота?

Программное обеспечение для печати рук робота фокусируется на расчете оптимального пути, по которому должна пройти голова робота, для точной печати модели. Ниже приведены три популярных варианта программного обеспечения:

1. RobotStudio ® 3D-печать PowerPac от ABB: Программное обеспечение способно управлять различными процессами аддитивного производства, такими как сварка или печать гранулами. Весь отпечаток можно смоделировать и визуализировать в RobotStudio®, прежде чем отправить его реальному роботу для сборки.
2. AdaOne от ADAXIS: Программное обеспечение для планирования пути может работать с роботами различных марок и их внутренним языком программирования. Он может работать с несколькими материалами для печати.
3. MetalXL из MX3D: Это программное обеспечение предназначено для WAAM (аддитивное производство проволочной дуги), на котором специализируется MX3D. Он включает в себя модули для осуществимости печати и планирования пути, моделирования и контроля печати, а также послепечатной аналитики.

Часто задаваемые вопросы о роботизированных манипуляторах для 3D-принтеров

Как долго может прослужить роботизированная рука, напечатанная на 3D-принтере?

Ожидается, что срок службы роботов-манипуляторов, напечатанных на 3D-принтере, составит около восьми лет. Это основано на текущем сроке службы промышленных шарнирных роботов-манипуляторов, используемых во многих отраслях. Эти роботы могут эксплуатироваться до 20 лет. Однако их применение в 3D-печати все еще сравнительно недавнее и находится в стадии интенсивного развития, поэтому более длительный срок службы менее вероятен. Кроме того, хотя робот, возможно, по-прежнему будет хорошо работать через восемь лет, оборудование для 3D-печати, установленное на конце роботизированной руки, скорее всего, не будет иметь такой долговечности. Это связано как с их недавним развитием, так и с тем, что они могут стать неактуальными из-за быстрого темпа технологической эволюции.

Способна ли роботизированная рука печатать дома?

Нет, типичные шарнирные роботы-манипуляторы не способны печатать дома. 3D-принтеры с роботизированной рукой имеют ограниченный объем печати, определяемый размерами руки и расстоянием от неподвижного основания. Поэтому 3D-принтеры с роботизированной рукой, как правило, способны печатать только компоненты, которые затем можно собрать в более крупные объекты, такие как здания. Крупномасштабные 3D-принтеры, способные печатать дома, представляют собой специализированные версии 3D-принтера портального типа, в которых возводится более крупная конструкция, способная покрыть достаточно большой объем печати для дома.

Имеет ли роботизированная рука ограниченную область печати?

Да, роботизированная рука имеет ограниченную область печати. Большинство роботизированных манипуляторов имеют стационарную основу, поэтому радиус действия вокруг нее ограничен длиной манипулятора. В 3D-печати этот радиус составляет около 1,5 м. Некоторые роботизированные манипуляторы установлены на рельсах — это добавляет дополнительную область печати в этом направлении. Однако по своей природе область печати по-прежнему ограничена практической досягаемостью роботизированной руки.

Зависит ли качество роботизированного оружия от 3D-программного обеспечения?

Да, качество конечной напечатанной детали роботизированных манипуляторов зависит от 3D-программного обеспечения. 3D-печать в больших масштабах невероятно сложна, и движение роботизированной руки должно тщательно управляться программным обеспечением. В зависимости от материала, на котором выполняется печать, и его характеристик усадки под действием температуры и влажности программное обеспечение, управляющее печатью, должно будет моделировать эту усадку. Кроме того, программное обеспечение должно точно моделировать развивающуюся часть по мере ее создания, чтобы гарантировать, что роботизированная рука не столкнется с сборкой по мере ее роста. Программное обеспечение, которое не может точно моделировать характеристики исходного материала по мере его затвердевания, не обеспечит хорошего конечного качества — независимо от точности движений, на которые способна роботизированная рука.

В чем разница между роботизированной рукой и портальной системой для 3D-печати?

Существует ряд различий между роботизированной рукой и портальной системой для 3D-печати. Первое отличие состоит в том, что роботизированная рука способна двигаться по шести осям, тогда как портальная система способна перемещаться только по трем осям. Это также означает, что роботизированные манипуляторы лучше подходят для печати изогнутых и сферических изделий, тогда как портальные системы лучше подходят для печати кубических форм. Однако портальные системы способны печатать более крупные изделия, чем роботизированные манипуляторы. Общая точность портальных систем также обычно выше, чем у роботизированных манипуляторов. Роботизированные манипуляторы имеют очень хорошую точность (в определенной конечной точке), но их точность на траектории движения все еще улучшается. Для получения дополнительной информации см. наше руководство «Роботизированная рука и портальная система для 3D-печати».

Сводка

В этой статье был представлен роботизированный манипулятор 3D-принтера, объяснено, что это такое, и обсуждены его различные применения. Чтобы узнать больше о роботизированных манипуляторах для 3D-принтеров, свяжитесь с представителем Xometry.

Xometry предоставляет широкий спектр производственных возможностей, включая 3D-печать и другие дополнительные услуги для всех ваших потребностей в прототипировании и производстве. Посетите наш веб-сайт, чтобы узнать больше или запросить бесплатное ценовое предложение без каких-либо обязательств.

Уведомления об авторских правах и товарных знаках

1. RobotStudio® является зарегистрированной торговой маркой компании ABB AB, Вестерас, Швеция.
2. Pulsar™ — торговая марка Dyze Design Inc., ЛеМойн, Квебек.

Отказ от ответственности

Содержимое этой веб-страницы предназначено только для информационных целей. Xometry не делает никаких заявлений и не дает никаких гарантий, явных или подразумеваемых, относительно точности, полноты или достоверности информации. Любые параметры производительности, геометрические допуски, конкретные конструктивные особенности, качество и типы материалов или процессов не должны рассматриваться как представляющие то, что будет доставлено сторонними поставщиками или производителями через сеть Xometry. Покупатели, желающие получить расценки на детали, несут ответственность за определение конкретных требований к этим деталям. Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашими положениями и условиями.

Дин МакКлементс

Дин МакКлементс — дипломированный инженер с отличием в области машиностроения с более чем двадцатилетним опытом работы в обрабатывающей промышленности. Его профессиональный путь включает в себя важные должности в ведущих компаниях, таких как Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace и Hyster-Yale, где он развил глубокое понимание инженерных процессов и инноваций.

Прочтите другие статьи Дина МакКлементса



Объяснение продуктов питания, напечатанных на 3D-принтере:вкус, технология и перспективы на будущее Революция в аэрокосмической отрасли:преимущества и эволюция 3D-печати деталей