Motor servo dan robot mengubah aplikasi aditif. Pelajari kiat dan aplikasi terbaru saat menerapkan otomatisasi robot dan kontrol gerakan canggih untuk manufaktur aditif dan subtraktif, serta apa yang akan terjadi selanjutnya: pikirkan metode aditif/subtraktif hibrida.
MEMAJUKAN OTOMATISASI
Oleh Sarah Mellish dan RoseMary Burns
Penerapan perangkat konversi daya, teknologi kontrol gerakan, robot yang sangat fleksibel, dan campuran eklektik dari berbagai teknologi canggih lainnya merupakan faktor pendorong pertumbuhan pesat proses fabrikasi baru di seluruh lanskap industri. Merevolusi cara pembuatan prototipe, komponen, dan produk, manufaktur aditif dan subtraktif adalah dua contoh utama yang telah memberikan efisiensi dan penghematan biaya yang dicari oleh para fabrikator untuk tetap kompetitif.
Disebut sebagai pencetakan 3D, manufaktur aditif (AM) adalah metode non-tradisional yang biasanya menggunakan data desain digital untuk membuat objek tiga dimensi yang solid dengan menggabungkan material lapis demi lapis dari bawah ke atas. Sering kali membuat komponen near-net-shape (NNS) tanpa limbah, penggunaan AM untuk desain produk dasar dan kompleks terus merambah industri seperti otomotif, kedirgantaraan, energi, medis, transportasi, dan produk konsumen. Sebaliknya, proses subtraktif memerlukan penghilangan bagian-bagian dari blok material dengan pemotongan atau pemesinan presisi tinggi untuk membuat 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 sering kali dibuat melalui proses aditif. Setelah produk tersebut difinalisasi, batch yang lebih besar mungkin diperlukan, yang membuka pintu bagi produksi subtraktif. Baru-baru ini, ketika waktu menjadi hal yang penting, metode aditif/subtraktif hibrida diterapkan untuk hal-hal seperti memperbaiki komponen yang rusak/usang atau membuat komponen berkualitas dengan waktu tunggu yang lebih singkat.
OTOMATISKAN MAJU
Untuk memenuhi permintaan pelanggan yang ketat, para fabrikator memadukan berbagai bahan kawat seperti baja tahan karat, nikel, kobalt, krom, titanium, aluminium, dan logam-logam berbeda lainnya ke dalam konstruksi komponen mereka, dimulai dengan substrat yang lembut namun kuat dan diakhiri dengan komponen yang keras dan tahan aus. Hal ini sebagian menunjukkan perlunya solusi berkinerja tinggi untuk produktivitas dan kualitas yang lebih baik dalam lingkungan manufaktur aditif dan subtraktif, terutama yang berkaitan dengan proses seperti manufaktur aditif busur kawat (WAAM), subtraktif WAAM, pelapisan laser-subtraktif, atau dekorasi. Beberapa hal yang perlu diperhatikan:
- Teknologi Servo Canggih:Untuk memenuhi tujuan time-to-market dan spesifikasi desain pelanggan dengan lebih baik, yang menyangkut presisi dimensi dan kualitas akhir, pengguna akhir beralih ke printer 3D canggih dengan sistem servo (di atas motor stepper) untuk kontrol gerakan yang optimal. Manfaat motor servo, seperti Sigma-7 dari Yaskawa, mengubah proses aditif secara drastis, membantu para fabrikator mengatasi masalah umum melalui kemampuan peningkatan printer:
- Penekan 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 linier. Kemampuan akselerasi yang sangat cepat yang disediakan melalui servo berperforma 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 gerakan ini juga berarti pengguna akhir dapat membuat 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 varians dalam proses pencetakan. Motor stepper 3D tidak memanfaatkan umpan balik posisi, sehingga hampir mustahil untuk mengompensasi perubahan dalam 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 printer 3D sering kali dapat menjadi hambatan dalam proses pencetakan, dan motor stepper tidak memiliki kemampuan penginderaan umpan balik untuk mendeteksi kemacetan ekstruder — defisit yang dapat menyebabkan kegagalan seluruh pekerjaan cetak. Dengan mempertimbangkan hal ini, sistem servo dapat mendeteksi penumpukan ekstruder dan mencegah pelepasan filamen. Kunci untuk kinerja pencetakan yang unggul adalah memiliki sistem loop tertutup yang berpusat di sekitar encoder optik beresolusi tinggi. Motor servo dengan encoder resolusi tinggi absolut 24-bit dapat menyediakan 16.777.216 bit resolusi umpan balik loop tertutup untuk akurasi sumbu dan ekstruder yang lebih baik, serta sinkronisasi dan perlindungan kemacetan.
- Robot Kinerja Tinggi:Sama seperti motor servo yang tangguh mengubah aplikasi aditif, demikian pula robot. Performa lintasannya yang luar biasa, struktur mekanis yang kokoh, dan peringkat perlindungan debu (IP) yang tinggi — dipadukan dengan kontrol antigetar yang canggih dan kemampuan multi-sumbu — menjadikan robot enam sumbu yang sangat fleksibel sebagai pilihan ideal untuk proses yang menuntut yang terkait dengan pemanfaatan printer 3D, serta tindakan utama untuk manufaktur subtraktif dan metode aditif/subtraktif hibrida.
Otomatisasi robotik yang melengkapi mesin cetak 3D secara luas mencakup penanganan komponen cetak dalam instalasi multimesin. Mulai dari membongkar komponen individual dari mesin cetak, hingga memisahkan komponen setelah siklus cetak multikomponen, robot yang sangat fleksibel dan efisien mengoptimalkan operasi untuk peningkatan hasil dan produktivitas.
Dengan pencetakan 3D tradisional, robot membantu dalam pengelolaan serbuk, mengisi ulang serbuk printer saat dibutuhkan, dan membuang serbuk dari komponen yang sudah jadi. Demikian pula, tugas penyelesaian komponen lain yang populer dalam fabrikasi logam seperti penggilingan, pemolesan, penghilangan gerinda, atau pemotongan dapat dilakukan dengan mudah. Pemeriksaan kualitas, serta kebutuhan pengemasan dan logistik juga dipenuhi secara langsung dengan teknologi robotik, sehingga para fabrikator dapat lebih memfokuskan waktu mereka pada pekerjaan yang bernilai tambah lebih tinggi, seperti fabrikasi khusus.
Untuk benda kerja yang lebih besar, robot industri dengan jangkauan jauh sedang dipersiapkan untuk menggerakkan kepala ekstrusi printer 3D secara langsung. Ini, bersama dengan peralatan periferal seperti alas putar, positioner, lintasan linier, gantry, dan lainnya, menyediakan ruang kerja yang dibutuhkan untuk membuat struktur bentuk bebas spasial. Selain pembuatan prototipe cepat klasik, robot digunakan untuk fabrikasi komponen bentuk bebas bervolume besar, bentuk cetakan, konstruksi rangka berbentuk 3D, dan komponen hibrida berformat besar. - Pengendali Mesin Multi-sumbu:Teknologi inovatif untuk menghubungkan hingga 62 sumbu gerakan dalam satu lingkungan kini memungkinkan sinkronisasi ganda dari 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 lengkap PLC (Programmable Logic Controller) atau pengontrol mesin IEC, seperti MP3300iec. Sering kali diprogram dengan paket perangkat lunak IEC 61131 yang dinamis, seperti MotionWorks IEC, platform profesional seperti ini memanfaatkan alat-alat yang sudah dikenal (misalnya, RepRap G-code, Diagram Blok Fungsi, Teks Terstruktur, Diagram Ladder, dll.). Untuk memfasilitasi integrasi yang mudah dan mengoptimalkan waktu aktif mesin, alat-alat siap pakai seperti kompensasi perataan alas, kontrol tekanan maju ekstruder, kontrol beberapa spindel dan ekstruder 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 disesuaikan, menyediakan jalur menuju fleksibilitas yang lebih besar. Dirancang dengan mempertimbangkan kreativitas dan pengoptimalan, platform intuitif, seperti Yaskawa Compass, memungkinkan produsen untuk memberi merek dan menyesuaikan layar dengan mudah. Mulai dari menyertakan atribut mesin inti hingga mengakomodasi kebutuhan pelanggan, sedikit pemrograman yang diperlukan — karena alat ini menyediakan pustaka ekstensif plug-in C# yang telah dibuat sebelumnya atau memungkinkan pengimporan plug-in khusus.
BANGKIT KE ATAS
Meskipun proses aditif dan subtraktif tunggal tetap populer, pergeseran yang lebih besar ke arah metode aditif/subtraktif hibrida akan terjadi selama beberapa tahun ke depan. Diperkirakan akan tumbuh pada tingkat pertumbuhan tahunan gabungan (CAGR) sebesar 14,8 persen pada tahun 20271, pasar mesin manufaktur aditif hibrida siap memenuhi peningkatan permintaan pelanggan yang terus berkembang. Untuk mengungguli pesaing, produsen harus mempertimbangkan pro dan kontra metode hibrida untuk operasi mereka. Dengan kemampuan untuk memproduksi komponen sesuai kebutuhan, hingga pengurangan jejak karbon yang signifikan, proses aditif/subtraktif hibrida menawarkan beberapa manfaat yang menarik. Terlepas dari itu, teknologi canggih untuk proses ini tidak boleh diabaikan dan harus diterapkan di lantai pabrik untuk memfasilitasi produktivitas dan kualitas produk yang lebih baik.
Waktu posting: 13-Agu-2021
