Motor servo dan robot sedang mentransformasi aplikasi aditif. Pelajari kiat dan aplikasi terbaru saat menerapkan otomatisasi robotik dan kontrol gerak canggih untuk manufaktur aditif dan subtraktif, serta apa yang akan datang: pikirkan metode aditif/subtraktif hibrida.
MEMAJUKAN OTOMATISASI
Oleh Sarah Mellish dan RoseMary Burns
Penerapan perangkat konversi daya, teknologi kendali gerak, robot yang sangat fleksibel, dan beragam teknologi canggih lainnya merupakan faktor pendorong pesatnya pertumbuhan proses fabrikasi baru di seluruh lanskap industri. Merevolusi cara pembuatan prototipe, komponen, dan produk, manufaktur aditif dan subtraktif adalah dua contoh utama yang telah menghasilkan efisiensi dan penghematan biaya yang dicari para produsen untuk tetap kompetitif.
Disebut sebagai pencetakan 3D, manufaktur aditif (AM) adalah metode non-tradisional yang biasanya memanfaatkan data desain digital untuk menciptakan objek tiga dimensi padat dengan menggabungkan material lapis demi lapis dari bawah ke atas. Seringkali menghasilkan komponen mendekati bentuk bersih (NNS) tanpa limbah, penggunaan AM untuk desain produk dasar maupun kompleks terus merambah industri seperti otomotif, kedirgantaraan, energi, medis, transportasi, dan produk konsumen. Sebaliknya, proses subtraktif melibatkan penghilangan bagian-bagian dari blok material dengan pemotongan atau pemesinan presisi tinggi untuk menciptakan produk 3D.
Meskipun terdapat perbedaan utama, proses aditif dan subtraktif tidak selalu saling eksklusif — karena keduanya dapat digunakan untuk melengkapi berbagai tahap pengembangan produk. Model konsep awal atau prototipe seringkali dibuat melalui proses aditif. Setelah produk tersebut difinalisasi, batch yang lebih besar mungkin diperlukan, yang membuka peluang bagi manufaktur subtraktif. Baru-baru ini, ketika waktu menjadi hal terpenting, metode hibrida aditif/subtraktif diterapkan untuk hal-hal seperti memperbaiki komponen yang rusak/aus atau membuat komponen berkualitas dengan waktu pengerjaan yang lebih singkat.
OTOMATISASI MAJU
Untuk memenuhi permintaan pelanggan yang ketat, para fabrikator mengintegrasikan beragam material kawat seperti baja tahan karat, nikel, kobalt, krom, titanium, aluminium, dan logam-logam lain yang berbeda ke dalam konstruksi komponen mereka, dimulai dengan substrat yang lembut namun kuat hingga komponen yang keras dan tahan aus. Hal ini sebagian menunjukkan perlunya solusi berkinerja tinggi untuk produktivitas dan kualitas yang lebih tinggi, baik dalam lingkungan manufaktur aditif maupun subtraktif, terutama yang berkaitan dengan proses seperti manufaktur aditif busur kawat (WAAM), subtraktif WAAM, subtraktif pelapisan laser, maupun dekorasi. Beberapa hal penting yang perlu diperhatikan antara lain:
- Teknologi Servo Canggih:Untuk lebih memenuhi target waktu pemasaran dan spesifikasi desain pelanggan, yang mengutamakan presisi dimensi dan kualitas akhir, pengguna akhir beralih ke printer 3D canggih dengan sistem servo (bukan motor stepper) untuk kontrol gerak yang optimal. Keunggulan motor servo, seperti Sigma-7 dari Yaskawa, membalikkan proses aditif, membantu fabrikator mengatasi masalah umum melalui kemampuan peningkatan printer:
- Penekanan getaran: motor servo yang kuat dilengkapi dengan filter penekan getaran, serta filter anti-resonansi dan takik, menghasilkan gerakan yang sangat halus yang dapat menghilangkan garis-garis bertahap yang tidak menyenangkan secara visual yang disebabkan oleh riak torsi motor stepper.
- Peningkatan kecepatan: kecepatan cetak 350 mm/detik kini menjadi kenyataan, lebih dari dua kali lipat kecepatan cetak rata-rata printer 3D yang menggunakan motor stepper. Demikian pula, kecepatan tempuh hingga 1.500 mm/detik dapat dicapai menggunakan rotary atau hingga 5 meter/detik menggunakan teknologi servo linear. Kemampuan akselerasi yang sangat cepat yang disediakan oleh servo berkinerja tinggi memungkinkan kepala cetak 3D dipindahkan ke posisi yang tepat dengan lebih cepat. Hal ini sangat membantu mengurangi kebutuhan untuk memperlambat seluruh sistem guna mencapai kualitas akhir yang diinginkan. Selanjutnya, peningkatan dalam kontrol gerak ini juga berarti pengguna akhir dapat memproduksi lebih banyak komponen per jam tanpa mengorbankan kualitas.
- Penyetelan otomatis: sistem servo dapat secara independen melakukan penyetelan kustomnya sendiri, yang memungkinkannya beradaptasi dengan perubahan mekanika printer atau variasi dalam proses pencetakan. Motor stepper 3D tidak memanfaatkan umpan balik posisi, sehingga hampir mustahil untuk mengkompensasi perubahan proses atau perbedaan mekanika.
- Umpan balik encoder: sistem servo tangguh yang menawarkan umpan balik encoder absolut hanya perlu melakukan rutinitas homing satu kali, sehingga menghasilkan waktu aktif dan penghematan biaya yang lebih besar. Printer 3D yang menggunakan teknologi motor stepper tidak memiliki fitur ini dan perlu di-homing setiap kali dinyalakan.
- Penginderaan umpan balik: ekstruder pada printer 3D seringkali menjadi hambatan dalam proses pencetakan, dan motor stepper tidak memiliki kemampuan penginderaan umpan balik untuk mendeteksi kemacetan ekstruder — kekurangan yang dapat menyebabkan kegagalan keseluruhan pekerjaan cetak. Dengan mempertimbangkan hal ini, sistem servo dapat mendeteksi penumpukan ekstruder dan mencegah filamen terlepas. Kunci performa pencetakan yang unggul adalah memiliki sistem loop tertutup yang berpusat di sekitar enkoder optik beresolusi tinggi. Motor servo dengan enkoder resolusi tinggi absolut 24-bit dapat memberikan resolusi umpan balik loop tertutup sebesar 16.777.216 bit untuk akurasi sumbu dan ekstruder yang lebih baik, serta sinkronisasi dan perlindungan terhadap kemacetan.
- Robot Berkinerja Tinggi:Sebagaimana motor servo yang tangguh mentransformasi aplikasi aditif, robot pun demikian. Performa lintasannya yang luar biasa, struktur mekanis yang kokoh, dan peringkat perlindungan debu (IP) yang tinggi — dipadukan dengan kontrol anti-getaran canggih dan kemampuan multi-sumbu — menjadikan robot enam sumbu yang sangat fleksibel sebagai pilihan ideal untuk proses-proses berat yang berkaitan dengan penggunaan printer 3D, serta tindakan-tindakan penting untuk manufaktur subtraktif dan metode hibrida aditif/subtraktif.
Otomatisasi robotik yang melengkapi mesin cetak 3D secara luas mencakup penanganan komponen cetak dalam instalasi multi-mesin. Mulai dari membongkar komponen individual dari mesin cetak, hingga memisahkan komponen setelah siklus cetak multi-komponen, robot yang sangat fleksibel dan efisien mengoptimalkan operasi untuk peningkatan throughput dan produktivitas.
Dengan pencetakan 3D tradisional, robot membantu dalam manajemen serbuk, mengisi ulang serbuk printer bila diperlukan, dan membersihkan serbuk dari komponen yang sudah jadi. Demikian pula, tugas-tugas penyelesaian komponen lain yang umum dalam fabrikasi logam seperti penggilingan, pemolesan, penghilangan gerinda, atau pemotongan dapat dilakukan dengan mudah. Inspeksi kualitas, serta kebutuhan pengemasan dan logistik juga dapat dipenuhi secara langsung dengan teknologi robotik, sehingga para fabrikator dapat memfokuskan waktu mereka pada pekerjaan bernilai tambah lebih tinggi, seperti fabrikasi khusus.
Untuk benda kerja yang lebih besar, robot industri jangkauan jauh sedang dikembangkan untuk menggerakkan kepala ekstrusi printer 3D secara langsung. Hal ini, bersama dengan peralatan periferal seperti alas putar, positioner, rel linier, gantry, dan lainnya, menyediakan ruang kerja yang dibutuhkan untuk menciptakan struktur bentuk bebas spasial. Selain pembuatan prototipe cepat klasik, robot juga digunakan untuk fabrikasi komponen bentuk bebas bervolume besar, cetakan, konstruksi rangka berbentuk 3D, dan komponen hibrida berformat besar. - Pengontrol Mesin Multi-sumbu:Teknologi inovatif untuk menghubungkan hingga 62 sumbu gerak dalam satu lingkungan kini memungkinkan multi-sinkronisasi berbagai robot industri, sistem servo, dan penggerak frekuensi variabel yang digunakan dalam proses aditif, subtraktif, dan hibrida. Seluruh rangkaian perangkat kini dapat bekerja sama dengan lancar di bawah kendali dan pemantauan penuh PLC (Programmable Logic Controller) atau pengontrol mesin IEC, seperti MP3300iec. Platform profesional seperti ini, yang seringkali diprogram dengan paket perangkat lunak IEC 61131 dinamis, seperti MotionWorks IEC, memanfaatkan perangkat-perangkat yang sudah dikenal (misalnya, RepRap G-code, Diagram Blok Fungsi, Teks Terstruktur, Diagram Ladder, dll.). Untuk memudahkan integrasi dan mengoptimalkan waktu aktif mesin, perangkat siap pakai seperti kompensasi perataan bed, kontrol tekanan maju ekstruder, kontrol multi-spindel, dan kontrol ekstruder juga disertakan.
- Antarmuka Pengguna Manufaktur Lanjutan:Sangat bermanfaat untuk aplikasi dalam pencetakan 3D, pemotongan bentuk, perkakas mesin, dan robotika, beragam paket perangkat lunak dapat dengan cepat menghadirkan antarmuka mesin grafis yang mudah dikustomisasi, membuka jalan menuju fleksibilitas yang lebih tinggi. Dirancang dengan mempertimbangkan kreativitas dan optimalisasi, platform intuitif seperti Yaskawa Compass memungkinkan produsen untuk memberi merek dan menyesuaikan layar dengan mudah. Mulai dari menyertakan atribut inti mesin hingga mengakomodasi kebutuhan pelanggan, pemrograman yang dibutuhkan pun minim — karena perangkat ini menyediakan pustaka plug-in C# siap pakai yang lengkap atau memungkinkan impor plug-in khusus.
BANGKIT DI ATAS
Meskipun proses aditif dan subtraktif tunggal tetap populer, pergeseran yang lebih besar menuju metode aditif/subtraktif hibrida akan terjadi dalam beberapa tahun ke depan. Diperkirakan akan tumbuh pada tingkat pertumbuhan tahunan gabungan (CAGR) sebesar 14,8 persen pada tahun 2027.1Pasar mesin manufaktur aditif hibrida siap memenuhi peningkatan permintaan pelanggan yang terus berkembang. Untuk mengungguli pesaing, produsen harus mempertimbangkan pro dan kontra metode hibrida dalam operasional mereka. Dengan kemampuan memproduksi komponen sesuai kebutuhan, hingga pengurangan jejak karbon yang signifikan, proses aditif/subtraktif hibrida menawarkan beberapa manfaat menarik. Namun, teknologi canggih untuk proses ini tidak boleh diabaikan dan harus diimplementasikan di pabrik untuk meningkatkan produktivitas dan kualitas produk.
Waktu posting: 13-Agu-2021
