Kaip pasiekti modulinę automatizavimo įrangą per metalinę spausdinimą?

1.
Projektuojant tradicinius automatizavimo įrangos modulius, reikia atsižvelgti į galimybę apdoroti. Tai reiškia, kad svarbios dalys, tokios kaip srauto kanalai, šilumos išsklaidymo struktūros ir jungčių sąsajos, dažnai turi dirbti aplink mechaninio apdorojimo ribas. Pavyzdžiui, hidraulinio vožtuvo korpuso kryžminio gręžimo srauto kanalas turi būti sudėtas iš kelių dalių. Tai ne tik daro didesnę tikimybę nutekėti, bet ir apsunkina modulio mažesnį. Sluoksnis pagal sluoksnio priedų gamybą, arbaMetalo 3D spausdinimas, visiškai apeina šią kliūtį:
Patobulinti sudėtingus srauto kanalus
Tradiciniam mechaniniam apdorojimui sunku atlikti sklandų perėjimą išlenktų srauto kanaluose hidrauliniuose moduliuose. Kita vertus, metalo 3D spausdinimas gali padaryti biomimetinio ryklio odos srauto kanalus arba žemus - atsparumo fraktalinio srauto kanalus. Pavyzdžiui, Italijos įmonė AIDRO pertvarkė hidraulinio vožtuvo bloką, naudodama SLM (selektyvaus lazerio lydymosi) technologiją. Jie pakeitė tradicinį stačiakampio srauto kanalą išlenktu srauto kanalu, kuris sumažino skysčio slėgio nuostolį 25%, vožtuvo bloko tūriu 30%, o šoko absorbcija ir triukšmo sumažinimas per vidinę gardos struktūrą.
Integruotos sąsajos dizainas
Sunkiausia modulinio dizaino dalis yra išsiaiškinti, kaip susieti dalis. Metalo 3D spausdinimas leidžia padaryti daugialypius - ašies srauto kanalus ir įterptas jungtis vienu metu. Pavyzdžiui, „Bosch Rexroth“ Vokietijoje pagamino 3D - spausdintą hidraulinio vožtuvo korpusą, sujungusį 10 funkcinių dalių (įskaitant srauto kanalus, jutiklio sąsajas ir sandarinimo paviršius) į vieną gabalą. Tai sumažina vietų, kuriose nutekėjimas gali įvykti 60%, skaičių, o laikas, kurį reikia sudėti 70%.
Topologijos optimizavimo struktūra
Metalo 3D spausdinimas gali padaryti geriausią medžiagų pasiskirstymą, tenkinantį mechaninių našumo poreikius, naudojant tiek CFD (skaičiavimo skysčių dinamiką), tiek topologijos optimizavimo metodus. Pavyzdžiui, branduolinio energijos vožtuvo korpusas, kurį CGN padarė platinos galia, turi kintamo tankio gardelės struktūrą, kuri daro ją 15MPa atspariam slėgiui ir 28% lengvesnės. Vidinio srauto kanalo paviršiaus šiurkštumas taip pat yra pranašesnis už tipines apdirbimo procedūras.
2. Lengva ir didelė jėga gali egzistuoti kartu, o tai yra didelis žingsnis į priekį moduliniame našume.
Sunaudotos energijos kiekis, kaip greitai ji reaguoja ir kiek laiko ji trunka, yra glaudžiai susiję su automatizavimo įrangos modulių svoriu. Metalo 3D spausdinimas daro didelį žingsnį į priekį, naudojant medžiagų gradiento pasiskirstymą ir mikrostruktūros valdymą, kad „sumažintų svorį, nesumažinant stiprumo“.
Naudojant gradiento medžiagas
Galite pakeisti skirtingų to paties roboto jungtinio modulio dalių našumą pakeisdami lazerio galią arba nuskaitymo greitį. Pavyzdžiui, įmonė pagamino titano lydinio robotinės rankos jungtį, kuri naudoja aukštą - elektros nuskaitymą ant sandarinimo paviršiaus ploto, kad jis būtų sunkesnis (HRC didesnis arba lygus 45), ir žemą - energijos nuskaitymą, esantį ne - apkrovoje {}}} laikymo srityje, kad būtų mažesnis liekanos įtempis. Tai daro 40% lengvesnį ir 20% ilgesnį - ilgalaikį.
Biomimetinės grotelės struktūra
Metalo 3D spausdinimas gali padaryti lengvus ir stiprius grotelių modulius, naudojant natūralias korio ir porėtas kaulų struktūras. Pavyzdžiui, „GE Aviation“ naudoja koncepcijos „Laser M2“ įrangą, kad pagamintų „Inconel 718“ lydinio turbinos ašmenis, kurių išeigos stipris yra 1200MPa aukšta 650 laipsnių temperatūra. Tai įmanoma dėl vidinio gradiento gardelės dizaino. Ašmenys taip pat yra 35% lengvesni ir padeda varikliui naudoti 5% mažiau degalų.
Spausdinimas su daugiau nei vienos rūšies medžiaga
Metalo 3D spausdinimas gali padaryti gradientų perėjimą tarp skirtingų medžiagų, naudojant daugiau nei vieną lazerio galvutę ar purkštuką. Pavyzdžiui, hibridinis modulis, pagamintas tam tikros automobilių kompanijos, spausdina kietą lydinį (pvz., „Stellite 6“) ant stabdžių disko trinties paviršiaus ir lengvo aliuminio lydinio ant pagrindinio korpuso. Tai daro stabdžių diską tris kartus patvaresnį ir ilgesnį - ilgalaikį.
3. Funkcijos integracija: pereinant nuo „vieno modulio“ į „Sistemos lygio modulį“
Tradicinis modulinis dizainas priklauso nuo kelių dalių sudarymo. Kita vertus, metalo 3D spausdinimas pagerina modulius nuo „pasyvių kanalų“ iki „aktyvių valdymo sistemų“, naudodama naujus dizainus, tokius kaip mikrokanalai ir pastatyti - jutikliuose.
Mikrokanalų kūrimas
Metalo 3D spausdinimas gali padaryti mikrokanalų, kurių skersmuo mažesnis kaip 0,3 mm, šilumos išsklaidymo modulyje. Pavyzdžiui, medicinos įrangos įmonė pagamino 3D spausdintą mikrofluidinį mikroschemą, kuri vaistus tiekia per 0,5 mm mikrokanalus, kurių tikslumas pagerėjo ± 2%, o tai yra daug geresnė nei tradicinio apdirbimo ± 10% klaida.
Įrengti jutikliai ir pavaros
Naudojant metalo 3D spausdinimą, temperatūros jutiklius, slėgio jutiklius ar mikro pavaras galima pastatyti tiesiai į modulį. Pavyzdžiui, intelektualus „Siemens“ hidraulinis vožtuvo modulis naudoja pjezoelektrines keramines pavaras vožtuvo korpuso viduje, kad būtų pasiektas tikras - laikas uždarytas - kilpos valdymas srauto valdyme. Reakcijos laikas sumažinamas iki 10 milisekundžių, tai yra penkis kartus greičiau nei tipiški solenoidiniai vožtuvai.
Multi - fizikos ryšio optimizavimas
Metalo 3D spausdinimas gali padaryti modulius geriau veikti kartu, naudojant skysčių dinamiką, termodinamiką ir struktūrinę mechanikos analizę. Pavyzdžiui, Samsonas panaudojo „Ansys Workbench“ platformą, kad optimizuotų slėgio pasiskirstymą vožtuvo praėjime ir vožtuvo korpuse esantį šiluminį įtempį. Tai sumažino vožtuvo korpuso deformaciją nuo 0,2 mm iki 0,05 mm esant 6MPa slėgiui, kuris atitiko sandarinimo reikalavimus branduolinės energijos laipsniui.
4. Gebėjimas greitai kartoti, pereinant nuo „mėnesio vystymosi“ iki „savaitės patikrinimo“
Modulizuojanti automatizavimo įranga reiškia, kad ji turi sugebėti greitai prisitaikyti prie rinkos paklausos pokyčių. Kita vertus, metalo 3D spausdinimas pagreitina kūrimo ciklą, naudojant skaitmeninę gamybą ir lanksčią gamybą.
Daiktų darymas be formų
Tradicinio modulio sukūrimas užtrunka nuo 3 iki 6 mėnesių, nes jis turi praeiti projektavimo ciklą, todėl pelėsis, bandymų gamyba ir pokyčiai. Metalo 3D spausdinimui nereikia formų; Tai gali gaminti veikiančius pavyzdžius tiesiai iš CAD modelių. Pavyzdžiui, „SpaceX“ oksidatoriaus vožtuvo korpusas per maždaug 8 savaites perėjo nuo projektavimo iki pradinio žemės bandymo, o tai yra 70% greitesnis nei įprasta.
Tikrinti kokybę internete
Metalo 3D spausdinimas gali suteikti realų - laiko grįžtamąjį ryšį apie tarpsluoksnių problemas, naudojant infraraudonųjų spindulių kameras arba lydymosi baseino stebėjimo sistemas. Pavyzdžiui, EOS M 400 - 4 naudoja dinaminę lazerio galios valdymo technologiją, kuri sumažina titano lydinio vožtuvo korpuso šilumos zoną (HAZ) nuo 0,5 mm iki 0,2 mm, mažėja liekanos įtempiai 40%ir padidina vienkartinio spausdinimo sėkmės procentą iki 95%.
Mažų partijų ekonomija
Metalo 3D spausdinimo kaina jau yra pigesnė nei tradicinių modulių apdirbimo, kurio reikia mažiau nei 5000 kartų per metus. Pavyzdžiui, įmonė, gaminanti pakavimo įrangą, naudoja „Platinum BLT“ - S400, kad atspausdintų štampą - pjaustymo ir karšto štampavimo modulius. Tai sumažina kiekvieno gabalo kainą 35%, palyginti su CNC apdirbimu, ir leidžia naudoti - paklausos gamybą, o tai sumažina atsargų išlaidas 60%.
5. Pramonės tendencijos ir problemos: „Vieno taško proveržis“ iki „Sistemos integracijos“
Metalo 3D spausdinimas perėjo nuo prototipų bandymo iki mažų - mastelio gamybos modulinės automatikos įrangos sektoriuje, tačiau jis vis dar turi problemų dėl tokių dalykų kaip standartizavimas ir išlaidų išlaikymas.
Visa standartizacijos sistema
Tarptautinės grupės, tokios kaip ISO/ASTM, pagreitina 3D spausdinimo modulių projektavimo, gamybos ir bandymo standartų kūrimo procesą. Pavyzdžiui, „ISO/ASTM 52900“ standartų serija apima visą medžiagų atlikimo duomenų bazių asortimentą, proceso parametrų optimizavimą, ne - destruktyvius bandymus ir kitus dalykus.
Intelektuali gamybos linijų integracija
Metalo 3D spausdinimas artėja prie „juodosios šviesos gamyklos“ gamybos, derinant tokias technologijas kaip automatizuotas miltelių apdorojimas, stebėjimas internetu ir mašininio mokymosi optimizavimas. Pavyzdžiui, AM gamyklos sprendimas, kuriame kartu dirbo EOS ir Siemens, matė, kad įrangos naudojimas padidėjo iki 82% ir per pusę sumažino darbo išlaidas.
Naujos idėjos „Post“ - apdorojimo technologijoje
Norėdami išspręsti grubių paviršių ir likusių 3D spausdinimo modulių streso problemas, pramonė dirba su naujais terminio apdorojimo, apdirbimo ir paviršiaus apdorojimo metodais. Pavyzdžiui, konkreti įmonė sugalvojo sudėtinį procesą, pavadintą „Lazerio smūgio stiprinimas+žemas - temperatūros nitridinimas“, dėl kurio 3D spausdintų vožtuvų kūnų paviršiai yra sunkesni ir tris kartus atsparesni dėvėti.