Les servomoteurs et les robots transforment les applications additives. Découvrez les derniers conseils et applications lors de la mise en œuvre de l'automatisation robotique et du contrôle de mouvement avancé pour la fabrication additive et soustractive, ainsi que la suite : pensez aux méthodes hybrides additives/soustractives.
AVANCER L'AUTOMATISATION
Par Sarah Mellish et RoseMary Burns
L'adoption de dispositifs de conversion de puissance, de technologies de contrôle de mouvement, de robots extrêmement flexibles et d'un mélange éclectique d'autres technologies avancées sont des facteurs déterminants pour la croissance rapide de nouveaux processus de fabrication dans le paysage industriel. Révolutionnant la façon dont les prototypes, les pièces et les produits sont fabriqués, la fabrication additive et soustractive sont deux excellents exemples qui ont fourni l'efficacité et les économies que les fabricants recherchent pour rester compétitifs.
Appelée impression 3D, la fabrication additive (FA) est une méthode non traditionnelle qui utilise généralement des données de conception numérique pour créer des objets tridimensionnels solides en fusionnant des matériaux couche par couche de bas en haut. Fabriquant souvent des pièces de forme quasi nette (NNS) sans déchets, l'utilisation de la fabrication additive pour la conception de produits de base et complexes continue d'imprégner des secteurs tels que l'automobile, l'aérospatiale, l'énergie, la médecine, les transports et les produits de consommation. Au contraire, le processus soustractif consiste à supprimer des sections d’un bloc de matériau par découpe ou usinage de haute précision pour créer un produit 3D.
Malgré des différences essentielles, les processus additifs et soustractifs ne s’excluent pas toujours mutuellement, car ils peuvent être utilisés pour compléter différentes étapes du développement d’un produit. Un premier modèle conceptuel ou prototype est fréquemment créé par le processus additif. Une fois ce produit finalisé, des lots plus importants peuvent être nécessaires, ouvrant ainsi la porte à la fabrication soustractive. Plus récemment, lorsque le temps presse, des méthodes hybrides additives/soustractives sont appliquées pour des tâches telles que la réparation de pièces endommagées/usées ou la création de pièces de qualité dans des délais plus courts.
AUTOMATISATION DE L'AVANCE
Pour répondre aux exigences strictes des clients, les fabricants intègrent une gamme de matériaux de fil comme l'acier inoxydable, le nickel, le cobalt, le chrome, le titane, l'aluminium et d'autres métaux différents dans la construction de leurs pièces, en commençant par un substrat souple mais résistant et en finissant avec un substrat dur et résistant à l'usure. -composant résistant. Cela a en partie révélé le besoin de solutions hautes performances pour une productivité et une qualité accrues dans les environnements de fabrication additive et soustractive, en particulier lorsqu'il s'agit de processus tels que la fabrication additive à arc filaire (WAAM), la soustraction WAAM, la soustraction de revêtement laser ou la décoration. Les points forts incluent :
- Technologie servo avancée :Pour mieux répondre aux objectifs de délais de mise sur le marché et aux spécifications de conception des clients, en ce qui concerne la précision dimensionnelle et la qualité de finition, les utilisateurs finaux se tournent vers des imprimantes 3D avancées dotées de systèmes d'asservissement (sur moteurs pas à pas) pour un contrôle de mouvement optimal. Les avantages des servomoteurs, tels que le Sigma-7 de Yaskawa, bouleversent le processus additif, aidant les fabricants à surmonter les problèmes courants grâce à des capacités d'amélioration des imprimantes :
- Suppression des vibrations : les servomoteurs robustes sont dotés de filtres de suppression de vibrations, ainsi que de filtres anti-résonance et coupe-bande, produisant un mouvement extrêmement fluide qui peut éliminer les lignes étagées visuellement désagréables causées par l'ondulation du couple du moteur pas à pas.
- Amélioration de la vitesse : une vitesse d'impression de 350 mm/sec est désormais une réalité, soit plus du double de la vitesse d'impression moyenne d'une imprimante 3D utilisant un moteur pas à pas. De même, une vitesse de déplacement allant jusqu'à 1 500 mm/sec peut être atteinte en utilisant la rotation ou jusqu'à 5 mètres/sec en utilisant la technologie d'asservissement linéaire. La capacité d'accélération extrêmement rapide fournie par des servos hautes performances permet aux têtes d'impression 3D d'être déplacées plus rapidement dans leur position appropriée. Cela contribue grandement à réduire le besoin de ralentir l’ensemble d’un système pour atteindre la qualité de finition souhaitée. Par la suite, cette mise à niveau du contrôle de mouvement signifie également que les utilisateurs finaux peuvent fabriquer plus de pièces par heure sans sacrifier la qualité.
- Réglage automatique : les systèmes d'asservissement peuvent effectuer indépendamment leur propre réglage personnalisé, ce qui permet de s'adapter aux changements dans la mécanique d'une imprimante ou aux variations dans un processus d'impression. Les moteurs pas à pas 3D n'utilisent pas de retour de position, ce qui rend presque impossible la compensation des changements de processus ou des écarts mécaniques.
- Retour d'encodeur : les systèmes d'asservissement robustes qui offrent un retour d'encodeur absolu n'ont besoin d'effectuer une routine de référencement qu'une seule fois, ce qui entraîne une plus grande disponibilité et des économies de coûts. Les imprimantes 3D qui utilisent la technologie de moteur pas à pas ne disposent pas de cette fonctionnalité et doivent être hébergées à chaque fois qu'elles sont mises sous tension.
- Détection de feedback : l'extrudeuse d'une imprimante 3D peut souvent constituer un goulot d'étranglement dans le processus d'impression, et un moteur pas à pas n'a pas la capacité de détection de feedback pour détecter un bourrage de l'extrudeuse - un déficit qui peut conduire à la ruine d'un travail d'impression entier. Dans cette optique, les systèmes d'asservissement peuvent détecter les sauvegardes de l'extrudeuse et empêcher le dénudage du filament. La clé d’une performance d’impression supérieure réside dans un système en boucle fermée centré autour d’un encodeur optique haute résolution. Les servomoteurs dotés d'un encodeur haute résolution absolue de 24 bits peuvent fournir 16 777 216 bits de résolution de retour en boucle fermée pour une plus grande précision des axes et de l'extrudeuse, ainsi qu'une synchronisation et une protection contre le bourrage.
- Robots hautes performances :Tout comme les servomoteurs robustes transforment les applications additives, les robots le sont également. Leurs excellentes performances de trajectoire, leur structure mécanique rigide et leur indice de protection contre la poussière (IP) élevé, combinés à un contrôle anti-vibration avancé et à une capacité multi-axes, font des robots à six axes hautement flexibles une option idéale pour les processus exigeants qui entourent l'utilisation de la 3D. imprimantes, ainsi que les actions clés pour la fabrication soustractive et les méthodes hybrides additives/soustractives.
L'automatisation robotique complémentaire aux machines d'impression 3D implique largement la manipulation de pièces imprimées dans des installations multi-machines. Du déchargement des pièces individuelles de la machine d'impression à la séparation des pièces après un cycle d'impression en plusieurs parties, des robots hautement flexibles et efficaces optimisent les opérations pour un plus grand débit et des gains de productivité.
Avec l'impression 3D traditionnelle, les robots sont utiles pour la gestion de la poudre, en remplissant la poudre de l'imprimante en cas de besoin et en retirant la poudre des pièces finies. De même, d'autres tâches de finition de pièces populaires dans la fabrication métallique, comme le meulage, le polissage, l'ébavurage ou la découpe, sont facilement réalisables. L'inspection de la qualité, ainsi que les besoins en matière d'emballage et de logistique sont également satisfaits de front grâce à la technologie robotique, permettant ainsi aux fabricants de consacrer leur temps à des travaux à plus forte valeur ajoutée, comme la fabrication sur mesure.
Pour les pièces plus grandes, des robots industriels à longue portée sont conçus pour déplacer directement la tête d’extrusion d’une imprimante 3D. Ceci, en conjonction avec des outils périphériques tels que des bases rotatives, des positionneurs, des pistes linéaires, des portiques et bien plus encore, fournit l'espace de travail nécessaire pour créer des structures spatiales de forme libre. Outre le prototypage rapide classique, les robots sont utilisés pour la fabrication de pièces de forme libre de grand volume, de formes de moules, de constructions en treillis en forme 3D et de pièces hybrides de grand format. - Contrôleurs de machines multi-axes :Une technologie innovante permettant de connecter jusqu'à 62 axes de mouvement dans un environnement unique rend désormais possible la multisynchronisation d'une large gamme de robots industriels, de systèmes d'asservissement et d'entraînements à fréquence variable utilisés dans les processus additifs, soustractifs et hybrides. Une famille entière d'appareils peut désormais fonctionner ensemble de manière transparente sous le contrôle et la surveillance complets d'un PLC (Programmable Logic Controller) ou d'un contrôleur de machine CEI, tel que le MP3300iec. Souvent programmées avec un progiciel CEI 61131 dynamique, tel que MotionWorks CEI, les plates-formes professionnelles comme celle-ci utilisent des outils familiers (c'est-à-dire les codes G RepRap, le diagramme de blocs fonctionnels, le texte structuré, le diagramme à contacts, etc.). Pour faciliter l'intégration et optimiser la disponibilité de la machine, des outils prêts à l'emploi tels que la compensation de nivellement du lit, le contrôle de l'avance de la pression de l'extrudeuse, le contrôle de plusieurs broches et de l'extrudeuse sont inclus.
- Interfaces utilisateur de fabrication avancée :Très bénéfiques pour les applications d’impression 3D, de découpe de formes, de machines-outils et de robotique, divers progiciels peuvent rapidement fournir une interface machine graphique facile à personnaliser, ouvrant la voie à une plus grande polyvalence. Conçues dans un souci de créativité et d'optimisation, les plates-formes intuitives, comme Yaskawa Compass, permettent aux fabricants de créer une marque et de personnaliser facilement les écrans. Qu'il s'agisse d'inclure les attributs de base de la machine ou de répondre aux besoins des clients, peu de programmation est requise, car ces outils fournissent une vaste bibliothèque de plug-ins C# prédéfinis ou permettent l'importation de plug-ins personnalisés.
SURMONTER
Bien que les procédés additifs et soustractifs uniques restent populaires, une évolution plus importante vers la méthode hybride additive/soustractive se produira au cours des prochaines années. Devrait croître à un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 14,8 % d’ici 2027.1, le marché des machines de fabrication additive hybride est sur le point de répondre à la hausse des demandes évolutives des clients. Pour se démarquer de la concurrence, les fabricants doivent peser le pour et le contre de la méthode hybride pour leurs opérations. Avec la capacité de produire des pièces selon les besoins, avec une réduction majeure de l’empreinte carbone, le processus hybride additif/soustractif offre des avantages intéressants. Quoi qu’il en soit, les technologies avancées pour ces processus ne doivent pas être négligées et doivent être mises en œuvre dans les ateliers pour faciliter une plus grande productivité et une meilleure qualité des produits.
Heure de publication : 13 août 2021
