3D-print med robotarm, også kendt som robotbaseret 3D-print eller robotbaseret additiv fremstilling, kombinerer et 3D-printerhoved, der ekstruderer materialer, med en flerakset robotarm, hvilket resulterer i en meget alsidig 3D-printer sammenlignet med traditionelle modeller.
Brugen af en robotarm med dens omfattende bevægelsesområde gør den velegnet til store projekter. Desuden eliminerer 3D-print med robotarm ofte behovet for støtte, hvilket øger designfriheden og reducerer materialeomkostningerne. I denne tilgang er det nødvendigt med selvbærende strukturer, hvilket typisk udelukker overhængende design.
Producenterne har dog fundet løsninger på denne begrænsning ved at gøre det muligt at reorientere byggeplatformen. Denne funktion gør det muligt at skabe udhæng ved at justere ekstruderingslaget med den underliggende geometri og effektivt bruge det som en støtte.
3D-print af metal med robotarm giver mange fordele, og på trods af det er det vigtigt at være opmærksom på dens begrænsninger. Forståelse af geometriske begrænsninger, forhindringer og størrelsesbegrænsninger vil bane vejen for yderligere fremskridt på dette område.
Ved at kende disse begrænsninger kan brugerne træffe informerede beslutninger og navigere mere effektivt i potentielle udfordringer, når de implementerer 3D-print af robotarme.
Fordele ved 3D-printning af metal med robotarm
Når det kommer til 3D-printning af metal med robotarme, er mulighederne for at skabe indviklede og komplekse geometrier virkelig bemærkelsesværdige. Teknologien tilbyder en unik fordel ved at give præcis kontrol over værktøjsbanerne, som kan tilpasses til at opfylde de specifikke krav til den geometri, der printes.
Robotarmen, der bruges til 3D-printning af metal, giver med sine seks frihedsgrader (DOF), der kan kobles sammen med den potentielle tilføjelse af to eksterne akser, et omfattende udvalg af slicing-løsninger til en given del.
Alsidigheden ved 3D-printning med robotarm ligger i dens evne til at manøvrere deponeringshovedet på en måde, som traditionelle 3D-printere ikke kan. Ved at udnytte de ekstra frihedsgrader kan printeren effektivt navigere rundt om forhindringer, udhæng og indviklede elementer med øget præcision. Denne evne åbner op for nye muligheder for at designe udfordrende og organiske former. som tidligere var svære at fremstille med konventionelle metoder.
Desuden giver evnen til at kontrollere deponeringshovedets retning og vinkel mulighed for optimeret lagaflejring og forbedret strukturel integritet. Denne funktion gør det muligt for printersystemet at skabe overhæng og ikke-understøttede strukturer mere effektivt, hvilket reducerer behovet for store støttestrukturer og minimerer materialespild.
Ved intelligent at justere værktøjsbanerne, så de passer til geometrien, kan robotarmens 3D-printer producere dele med større nøjagtighed, indviklethed og styrke.
Den potentielle integration af eksterne akser udvider yderligere mulighederne for robotarmens 3D-printning af metal. Disse Yderligere akser kan bruges til specialiserede funktioner, såsom at rotere emnet under printningen eller interpolere en ekstern arm for at holde deponeringshovedet i lodret position og udnytte tyngdekraften, der fremmer fastgørelsen af det deponerede materiale og det foregående lag.
Denne fleksibilitet giver designere og ingeniører mulighed for at udforske innovative slicing-strategier og printteknikker. for at opnå de ønskede resultater til deres specifikke applikationer.
Begrænsninger ved 3D-print af metal med robotarm
3D-print af metal til robotarme er kendt for sin tilpasningsevne og alsidighed, der gør det muligt at skabe et stort udvalg af dele. Men som med enhver anden fremstillingsproces er det vigtigt at være opmærksom på de begrænsninger, der følger med. Der er specifikke overvejelser og udfordringer forbundet med denne teknologi, som vil blive forklaret i det følgende.
I de følgende emner gives en gennemgang af de geometriske begrænsninger for den del, der skal printes, med detaljerede retningslinjer og anbefalinger for at sikre vellykkede print inden for disse begrænsninger.
Der lægges også vægt på de grænser, der er afledt af udstyrets dimensioner, og som informerer om, hvordan man undgår kollisioner mellem deponeringshovedet og det printede objekt, med værdifuld indsigt i optimering af værktøjsbaner for at mindske risikoen for skader.
Desuden behandles begrænsningerne for printvolumen i Meltio-systemet, så brugerne kan optimere deres design og udnytte den tilgængelige plads effektivt.
Meltio-retningslinjer
Meltio Design Guidelines giver et overblik over de eksisterende begrænsninger, der er forbundet med laser wire deposition-teknologi. Disse begrænsninger skitserer de specifikke aspekter, der kræver opmærksomhed og overvejelse.
TIP: Hvis du vil dykke dybere ned i dette aspekt, kan du tjekke Meltio Design Guidelines Whitepaper.
3.1. Tynde vægge
Den minimale vægtykkelse er relateret til tråddiameteren og materialet. Som en generisk værdi for tråd med en diameter på 1,0 mm vil den minimale vægtykkelse være 2,0 mm.
Hvis modellen har tyndere vægge, skal CAD-modellen modificeres for at tilføje materiale for at nå den krævede minimumstykkelse. Det tilføjede materiale fjernes under efterbehandlingen.
3.2. Mindste spaltebredde
Repræsenterer den mindste afstand mellem to lodrette flader, som ikke er i kontakt, når der printes. Den mindste spaltebredde er 1,2 mm.
Dele, der printes med større laghøjder, kræver større afstand mellem overfladerne for at undgå kontakt på grund af deres øgede overfladeruhed.
3.3. Minimum lodret huldiameter
På samme måde som med slidser kræver print af huller i ikke-vertikale vinkler ekstra afstand mellem de to overflader. Den mindste lodrette huldiameter uden forhindringer er 2,0 mm.
Dele, der printes med større laghøjder, kræver større adskillelse mellem overfladerne for at undgå kontakt på grund af deres øgede overfladeruhed.
3.4. Teardrop-profil
Huller vinkelret på værktøjets retning, som kan være vandrette huller, mens værktøjet printer lodret, kan ikke printes med en rund profil, da de danner et meget stejlt overhæng og en bro i toppen.
Ved at ændre tværsnittet til en dråbeform reduceres den maksimale overhængsvinkel til en håndterbar grad. Denne mulighed foreslås, hvis vandrette huller eller kølekanaler er uundgåelige og ikke kan tilgås til bearbejdning i efterbehandlingen.
Dråbeformen giver tilpasningsevne ved at bevare kanalsektionen, hvilket sikrer et kontinuerligt flow, der minder om den runde form. Alternativt kan den omformes, så den passer ind i den runde forms indskrevne cirkel og efterfølgende bearbejdes for at opnå præcision. Anbefalingen er at have udhæng i en vinkel på 65° eller derover fra det vandrette plan.
3.5. Overtykkelse til efterbehandling
Når man modificerer et design til 3D-printning af metal til robotarme, er det afgørende at tage højde for teknologiens iboende NNS (near net shape)-resultater. Derfor bør designets geometri justeres på passende vis, så det passer til denne egenskab.
Meltios wire LMD er en near net shape-teknologi, da den gør det muligt at printe en model, som der ligger tæt op ad størrelsen og formen på den endelige version. Derfor er det vigtigt at anvende overtykkelse for at kunne opnå nettoformen efter efterbehandlingsoperationerne.
Ved at inkorporere overtykkelse tilføres ekstra materiale, hvilket sikrer, at efterbearbejdningen kan udføres uden at gå på kompromis med emnets endelige dimensioner. Processen med at påføre overtykkelse på de dele, der skal printes ved hjælp af Meltios teknologi, indebærer typisk en ændring af det oprindelige 3D-design af delen, og denne justering kan foretages ved hjælp af CAD-software eller andre designværktøjer. Det anbefales at tilføje 1,5 mm ekstra materiale, hvor den endelige overflade kræver nøjagtighed og lav ruhed.
3.6. Materialer
Materialevalget ved 3D-printning af metal til robotarme spiller en vigtig rolle for printbarheden, procesparametrene, de mekaniske egenskaber og kravene til efterbehandling. Det er vigtigt nøje at overveje materialets egenskaber og kompatibilitet med Meltio-teknologien for at opnå vellykkede og optimale resultater.
Materialers opførsel i smeltet tilstand kan variere betydeligt, hvilket fører til forskellige resultater under printprocessen. Derfor kan geometrier, der printes effektivt med materialer, der har en bestemt viskositet i flydende tilstand, give mindre gode resultater med metaller med lavere viskositet og vice versa.
I øjeblikket er Meltio-materialer omfatter et bredt udvalg af metaller, der er blevet grundigt verificeret, for at sikre deres stabilitet under printprocessen.
Begrænsninger pålagt af Meltios deponeringshoveddimensioner
4.1. Kollisioner
Det er vigtigt at erkende, at de primære begrænsninger stammer fra dimensionerne på Meltios deponeringshoved. I visse tilfælde kan målet være at tilføje materiale eller reparere et ekstremt begrænset område, som i første omgang virker ligetil at håndtere.
Men det er vigtigt at huske på, at deponeringshovedet har sin fysiske størrelse, og at en evaluering af tilgængeligheden er et af de primære trin. Selvom der kan være utallige variationer af specifikke kollisioner, kan de klassificeres i grupper, som vil blive uddybet i de følgende afsnit.
4.1.1 Broer
På nuværende tidspunkt støder robotintegrationer på udfordringer, når der skal printes broer eller lukkede kugler, primært på grund af risikoen for kollisioner mellem deponeringshovedet og tidligere printede dele af objektet.
Den anbefalede løsning er at redesigne emnet, så det inkluderer printbare udhæng. Derudover er en brugbar tilgang til print af broer, som kan ses som et dobbelt udhæng, at printe de to ender af broen separat og derefter samle dem ved svejsning.
4.1.2 Afstand mellem deponeringshoveder
Sikkerhedsafstanden mellem hovedet og potentielle forhindringer er 150,0 mm for at være sikker på, at værktøjet ikke kommer til at kollidere med noget på dets vej. Af og til er det nødvendigt at skabe en emneholderløsning for at hæve emnet ud over den minimale sikkerhedsafstand. Det er også nødvendigt at overveje den aksiale afstand mellem dysens spids og hovedets yderkant.
4.1.3. Værktøjsorientering og delkollisioner
En anden kategori af kollisioner involverer interaktioner mellem den printede del eller de fixturer, der anvendes under processen. Disse kollisioner kan opstå på forskellige måder, men den mest almindelige er, når værktøjets orientering overskrider sine grænser og kolliderer med emnet.
Robotprogrammeringen er oprindeligt beregnet til at opretholde en optimal printbane, der sikrer, at dysen forbliver vinkelret på hvert punkt i printlaget. Denne fremgangsmåde kan dog potentielt resultere i kollisioner, hvis der er for stor hældning.
For at håndtere disse potentielle kollisioner, er hældningsvinklen typisk begrænset. Denne foranstaltning sikrer, at kollisioner undgås ved at opretholde en sikker afstand mellem værktøjet og den del, der printes.
På den anden side er det vigtigt at adressere de potentielle kollisioner, der kan opstå mellem værktøjet og selve robotten, som kan opstå ved for stor hældning, hvilket resulterer i en ny justering af værktøjerne med robotarmene og i sidste ende fører til en kollision. Dette problem kan løses med lignende metoder som dem, der er nævnt tidligere, såsom at ændre værktøjets retning eller foretage de nødvendige justeringer for at forhindre sådanne kontakter.
4.1.4. Robot + positioneringsenhed - potentielle kollisioner
Den sidste kategori af kollisioner involverer interaktioner mellem robotten og de eksterne akser, kendt som positioner. I disse tilfælde er robotarmen og positioneringsenheden koblede systemer, og derfor vil enhver ændring i positioneringsenhedens akseorientering direkte påvirke robotarmens orientering.
Det kan føre til uventede og udfordrende reorienteringer, som er svære at forhindre. Derfor er det tilrådeligt at simulere områder, hvor der er tvetydighed eller uklar adfærd, for at sikre sikker drift.
Derudover er det afgørende at overveje bevægelsen mod robotprogrammets startmål (hjemmeposition) og slutmål. Disse bevægelser udføres typisk ved at manipulere de enkelte akser og få dem til at følge den korteste vej.
Desværre kan dette resultere i potentielle kollisioner på grund af pludselige reorienteringer i nærheden af emnet. Og hvis banen inkluderer en returbevægelse fra positioneringsenheden, kan de usædvanlige orienteringer blive yderligere forstærket, hvilket øger risikoen for sammenstød.
Overhæng / tilpasninger af understøtninger
En af de vigtigste fordele ved 3D-print af metal med robotarm er dens evne til at minimere brugen af understøtninger på grund af dens øgede frihedsgrader. Det gør det muligt at generere værktøjsbaner, der kan tilpasses til komplekse geometrier. Ikke desto mindre er der situationer, hvor det bliver nødvendigt at evaluere brugen af understøtninger eller ændre værktøjsbanen for at imødekomme sådanne komplicerede designs.
I nogle tilfælde kan det vise sig at være mere fordelagtigt at inkorporere en lille mængde ekstra materiale, som nemt kan bearbejdes bagefter, end at forsøge at tilpasse værktøjsbanen til meget komplekse geometrier. Denne tilgang forhindrer potentielle ustabilitetsproblemer, der kan opstå, hvis procesparametrene ikke er defineret omhyggeligt. Ved strategisk at introducere supplerende materiale, der senere kan fjernes, kan den samlede printproces optimeres med hensyn til stabilitet og effektivitet.
Det er vigtigt at bemærke, at beslutningen om at tilføje support afhænger af den valgte strategi for generering af værktøjsbaner. Uanset hvilken strategi der anvendes, skal alle understøtninger implementeres ved at forskyde overfladen under slicing-processen, med undtagelse af rør eller drejede overflader.
Udskrivning af volumen
Når det gælder printvolumen, er den eneste begrænsning robotarmens arbejdsområde. Meltios deponeringshoved er et alsidigt og uafhængigt værktøj, der problemfrit kan integreres med en bred vifte af robotmærker. Denne integration sikrer, at selve robotarmen bliver den eneste afgørende faktor for printvolumen, hvilket eliminerer yderligere begrænsninger med hensyn til størrelse.
TIP: Opdag Meltio motorrobotden perfekte platform til stor og kompleks 3D-printning, reparation, beklædning og tilføjelse af funktioner.
Den post 3D-printning af metal med robotarm blev vist første gang den Meltio.
