Kako postići modularnu opremu za automatizaciju pomoću metalnog tiska?

1. Probijanje geometrijskih granica: Otvaranje slobode revolucije modularnog dizajna
Prilikom dizajniranja tradicionalnih modula opreme za automatizaciju mora se uzeti u obzir mogućnost obrade. To znači da važni dijelovi poput kanala protoka, struktura raspršivanja topline i sučelja za povezivanje često moraju raditi oko granica mehaničke obrade. Na primjer, kanal protoka bušenja hidrauličkog ventila potrebno je sastaviti iz nekoliko dijelova. To ne samo da je vjerojatnije da će procuriti, već je i teže učiniti modul manjim. Sloj prema proizvodnji dodavanja sloja, iliMetalni 3D ispis, u potpunosti zaobilazi ovo usko grlo:
Poboljšanje kompliciranih kanala protoka
Tradicionalna mehanička obrada ima problema s glatkim prijelazima u zakrivljenim protočnim kanalima u hidrauličkim modulima. S druge strane, metalni 3D ispis može napraviti kanale protoka kože biomimetičke pse ili niske - kanala fraktalnog protoka otpora. Na primjer, talijanska tvrtka Aidro redizajnirala je blok hidrauličkog ventila koristeći SLM (selektivnu lasersku topljenje) tehnologiju. Zamijenili su tradicionalni kanal protoka pravog kuta zakrivljenim kanalom protoka, koji je smanjio gubitak tlaka tekućine za 25%, volumen bloka ventila za 30%, a apsorpcija udara i smanjenje buke kroz unutarnju strukturu rešetke.
Dizajn integriranog sučelja
Najteži dio modularnog dizajna je shvatiti kako povezati dijelove. Metalni 3D ispis omogućuje izradu više - kanala protoka osi i ugrađenih konektora odjednom. Na primjer, Bosch Rexroth u Njemačkoj proizveo je 3D - Tiskano tijelo hidrauličkog ventila koji kombinira 10 funkcionalnih dijelova (uključujući kanale protoka, sučelja senzora i brtvene površine) u jedan komad. To smanjuje broj mjesta na kojima bi se curi mogli dogoditi za 60% i vrijeme koje je potrebno da se sastavi za 70%.
Struktura za optimizaciju topologije
Metalni 3D ispis može napraviti najbolju raspodjelu materijala koja zadovoljava potrebe za mehaničkim performansama koristeći i CFD (računalna dinamika fluida) i metode optimizacije topologije. Na primjer, tijelo za ventil nuklearne energije koje je platinasta snaga napravljena za CGN ima strukturu rešetke s promjenjivom gustoćom zbog čega je 15MPa otporna na pritisak i 28% lakši. Površinska hrapavost unutarnjeg kanala protoka također je superiorna od one u tipičnim postupcima obrade.
2. Lagana i velika snaga mogu koegzistirati, što je veliki korak naprijed u modularnim performansama.
Količina korištene energije, koliko brzo reagira i koliko dugo traje sve su usko vezana za težinu modula za automatizaciju. Metalni 3D ispis čini veliki korak naprijed koristeći raspodjelu gradijenta materijala i kontrolu mikrostrukture za "smanjenje težine bez smanjenja čvrstoće".
Korištenje gradijentnih materijala
Možete promijeniti performanse različitih dijelova istog modula robota mijenjanjem laserske snage ili brzine skeniranja. Na primjer, tvrtka je napravila robotska ručka legura od titana koji koristi visoko - skeniranje snage na površini za brtvljenje kako bi je učinila težim (HRC veće ili jednako 45), a nisko - skeniranje snage na području Non -. Zbog toga je zajednički 40% lakši i 20% duži - trajan.
Struktura biomimetičke rešetke
Metalni 3D ispis može napraviti lagane i snažne module rešetke pomoću prirodnih saća i poroznih kostiju. Na primjer, GE Aviation koristi koncept lasersku M2 opremu za izradu lopatica turbine Inkonel 718 koji imaju čvrstoću prinosa od 1200MPA na visokoj temperaturi od 650 stupnjeva. To je moguće zbog unutarnjeg dizajna gradijentnih rešetki. Oštrice su također 35% lakši i pomažu motoru da koristi 5% manje goriva.
Ispis s više vrsta materijala
Metalni 3D ispis može napraviti gradijentski prijelazi između različitih materijala koristeći više od jedne laserske glave ili mlaznice. Na primjer, hibridni modul koji je napravila određena tvrtka za automobil ispisuje tvrdu leguru (poput Stellita 6) na površini trenja kočnog diska i laganoj aluminijskoj leguri na glavnom tijelu. Zbog toga je kočni disk tri puta izdržljiviji i duži - trajan.
3. Integracija funkcije: Prelazak s "pojedinačnog modula" do "modula razine sustava"
Tradicionalni modularni dizajn ovisi o sastavljanju nekoliko dijelova. Metalni 3D ispis, s druge strane, poboljšava module od "pasivnih kanala" do "aktivnih upravljačkih sustava" pomoću novih dizajna poput mikrokanala i ugrađenih - u senzorima.
Izrada mikrokanala
Metalni 3D ispis može napraviti mikrokanale promjera manjim od 0,3 mm u modulu raspršivanja topline. Na primjer, tvrtka za medicinsku opremu proizvela je 3D tiskani mikrofluidni čip koji pruža lijekove kroz 0,5 mm mikrokanale s poboljšanjem točnosti od ± 2%, što je daleko bolje od ± 10% pogreške tradicionalne obrade.
Ugrađeni senzori i pokretači
Uz metalni 3D ispis, temperaturni senzori, senzori tlaka ili mikro pokretači mogu se ugraditi u modul. Na primjer, Siemensov inteligentni modul hidrauličkog ventila koristi piezoelektrične keramičke aktuatore unutar tijela ventila kako bi postigao real - vrijeme zatvoreno - kontrola petlje protoka. Vrijeme reakcije je smanjeno na 10 milisekundi, što je pet puta brže od tipičnih solenoidnih ventila.
Optimizacija multi - fizičke veze
Metalni 3D ispis može učiniti da moduli bolje funkcioniraju zajedno koristeći dinamiku fluida, termodinamiku i analizu strukturne mehanike. Na primjer, Samson je koristio ANSYS Workbench platformu za optimiziranje raspodjele tlaka u prolazu ventila i toplinskog naprezanja u tijelu ventila u isto vrijeme. Time je smanjio deformaciju tijela ventila s 0,2 mm na 0,05 mm pri tlaku od 6MPa, što je zadovoljilo zahtjeve za brtvljenjem za nuklearnu energiju.
4. Sposobnost brzog ponavljanja, prelazeći od "mjesečnog razvoja" do "tjedne provjere"
Modularizirajuća oprema za automatizaciju znači da se mora brzo prilagoditi promjenama potražnje na tržištu. Metalni 3D ispis, s druge strane, ubrzava razvojni ciklus koristeći digitalnu proizvodnju i fleksibilnu proizvodnju.
Izrada stvari bez kalupa
Izrada tradicionalnog modula traje 3 do 6 mjeseci jer mora proći kroz ciklus dizajna, izrada kalupa, probnu proizvodnju i promjene. Ne trebaju vam kalupi za metalni 3D ispis; Može izraditi funkcionalne uzorke izravno iz CAD modela. Na primjer, tijelo SpaceX -ovog oksidacijskog ventila prešlo je od dizajna do početnog ispitivanja tla u otprilike 8 tjedana, što je 70% brže od normalnih metoda.
Provjera kvalitete na mreži
Metalni 3D ispis može dati stvarne - vremenske povratne informacije o problemima među slojevima pomoću infracrvenih kamera ili sustava praćenja bazen. Na primjer, EOS M 400 - 4 koristi dinamičnu tehnologiju upravljanja laserskom energijom, koja smanjuje veličinu zone zahvaćene toplinom (HAZ) tijela ventila od legure od titana s 0,5 mm na 0,2 mm, smanjuje preostali stres za 40%, a povećava stopu uspjeha jednog tiska na 95%.
Ekonomija malih serija
Trošak metalnog 3D ispisa već je jeftiniji od one tradicionalne obrade za module koji su potrebni manje od 5000 puta godišnje. Na primjer, tvrtka koja izrađuje opremu za pakiranje koristi platinum blt - s400 za ispis matrice - rezanja i modula vrućih žila. To smanjuje troškove svakog komada za 35% u usporedbi s CNC obradom i omogućuje proizvodnju -, što smanjuje troškove zaliha za 60%.
5. Trendovi i problemi u industriji: "Proboj u jednoj točki" do "integracije sustava"
Metalni 3D ispis prešao je od testiranja prototipa do male proizvodnje skale - u sektoru modularne opreme za automatizaciju, ali još uvijek ima problema s stvarima poput standardizacije i smanjenja troškova.
Potpuni sustav standardizacije
Međunarodne grupe poput ISO/ASTM ubrzavaju proces stvaranja standarda za dizajniranje, izradu i testiranje modula 3D ispisa. Na primjer, serija standarda ISO/ASTM 52900 uključuje cijeli raspon baza podataka o učinku materijala, optimizaciju parametara procesa, non - destruktivno testiranje i druge stvari.
Pametna integracija proizvodnih linija
Metalni 3D ispis približava se proizvodnji "tvornice crnih svjetla" kombiniranjem tehnologija poput automatizirane obrade praha, internetskog praćenja i optimizacije strojnog učenja. Na primjer, AM tvorničko rješenje na kojem su EOS i Siemens radili zajedno je vidjelo da uporaba opreme idu do 82% i smanjuje troškove rada na pola.
Nove ideje u Post - tehnologija obrade
Kako bi riješio probleme s grubim površinama i ostatak stresa na modulima za 3D ispis, industrija radi na novim metodama toplinske obrade, obrade i metoda površinske obrade. Na primjer, određena tvrtka smislila je kompozitni postupak nazvan "Lasersko jačanje udara+nisko - temperaturni nitriding" koji površine 3D tiskanih tijela ventila 60hrc čini težim i tri puta otpornijim na nošenje.