تعمل المحركات المؤازرة والروبوتات على تحويل التطبيقات المضافة. تعرف على أحدث النصائح والتطبيقات عند تنفيذ الأتمتة الروبوتية والتحكم المتقدم في الحركة للتصنيع الإضافي والطرح، بالإضافة إلى ما هو التالي: فكر في طرق الجمع/الطرح الهجينة.
الأتمتة المتقدمة
بقلم سارة ميليش وروزماري بيرنز
يعد اعتماد أجهزة تحويل الطاقة، وتكنولوجيا التحكم في الحركة، والروبوتات المرنة للغاية ومزيجًا انتقائيًا من التقنيات المتقدمة الأخرى من العوامل الدافعة للنمو السريع لعمليات التصنيع الجديدة عبر المشهد الصناعي. إن إحداث ثورة في طريقة تصنيع النماذج الأولية والأجزاء والمنتجات، يعد التصنيع الإضافي والطرحي مثالين رئيسيين يوفران الكفاءة وتوفير التكاليف التي يسعى المصنعون إلى الحفاظ على قدرتها التنافسية.
يُشار إلى التصنيع الإضافي (AM) بالطباعة ثلاثية الأبعاد، وهو طريقة غير تقليدية تستخدم عادةً بيانات التصميم الرقمي لإنشاء كائنات صلبة ثلاثية الأبعاد عن طريق دمج المواد طبقة تلو الأخرى من الأسفل إلى الأعلى. في كثير من الأحيان يتم تصنيع أجزاء شبه شبكية (NNS) بدون نفايات، ويستمر استخدام AM لكل من تصميمات المنتجات الأساسية والمعقدة في التغلغل في صناعات مثل السيارات والفضاء والطاقة والطبية والنقل والمنتجات الاستهلاكية. على العكس من ذلك، تتطلب عملية الطرح إزالة أجزاء من كتلة من المواد عن طريق القطع أو التصنيع عالي الدقة لإنشاء منتج ثلاثي الأبعاد.
على الرغم من الاختلافات الرئيسية، فإن عمليتي الجمع والطرح لا تكونان دائمًا متنافيتين - حيث يمكن استخدامهما لاستكمال المراحل المختلفة لتطوير المنتج. كثيرًا ما يتم إنشاء نموذج مفهوم مبكر أو نموذج أولي من خلال العملية المضافة. بمجرد الانتهاء من هذا المنتج، قد تكون هناك حاجة إلى دفعات أكبر، مما يفتح الباب أمام التصنيع الطرحي. في الآونة الأخيرة، حيث أصبح الوقت أمرًا جوهريًا، تم تطبيق طرق الجمع/الطرح الهجينة لأشياء مثل إصلاح الأجزاء التالفة/البالية أو إنشاء أجزاء عالية الجودة مع مهلة زمنية أقل.
أتمتة إلى الأمام
لتلبية متطلبات العملاء الصارمة، يقوم المصنعون بدمج مجموعة من مواد الأسلاك مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والنيكل والكوبالت والكروم والتيتانيوم والألومنيوم والمعادن المختلفة الأخرى في بناء الأجزاء الخاصة بهم، بدءًا من ركيزة ناعمة وقوية وانتهاءً بطبقة صلبة مقاومة للتآكل. - مكون مقاوم. وقد كشف هذا جزئيًا عن الحاجة إلى حلول عالية الأداء لزيادة الإنتاجية والجودة في كل من بيئات التصنيع المضافة والطرحية، خاصة عندما يتعلق الأمر بعمليات مثل التصنيع بالإضافة إلى قوس الأسلاك (WAAM)، أو الطرح WAAM، أو الطرح بالليزر أو الزخرفة. تشمل النقاط البارزة ما يلي:
- تكنولوجيا المؤازرة المتقدمة:لمعالجة أهداف وقت الوصول إلى السوق ومواصفات تصميم العميل بشكل أفضل، حيث يتعلق الأمر بدقة الأبعاد وجودة النهاية، يتجه المستخدمون النهائيون إلى الطابعات ثلاثية الأبعاد المتقدمة المزودة بأنظمة مؤازرة (فوق محركات السائر) للتحكم الأمثل في الحركة. إن فوائد المحركات المؤازرة، مثل محرك Yaskawa's Sigma-7، تقلب عملية الإضافة رأسًا على عقب، مما يساعد المصنعين على التغلب على المشكلات الشائعة من خلال إمكانات تعزيز الطابعة:
- قمع الاهتزاز: تتميز المحركات المؤازرة القوية بمرشحات قمع الاهتزاز، بالإضافة إلى مرشحات مضادة للرنين والشق، مما ينتج عنه حركة سلسة للغاية يمكنها التخلص من الخطوط المتدرجة غير السارة بصريًا الناتجة عن تموج عزم دوران محرك السائر.
- تحسين السرعة: أصبحت سرعة الطباعة التي تبلغ 350 مم/ثانية حقيقة واقعة الآن، أي أكثر من ضعف متوسط سرعة الطباعة للطابعة ثلاثية الأبعاد باستخدام محرك متدرج. وبالمثل، يمكن تحقيق سرعة سير تصل إلى 1500 مم/ثانية باستخدام التقنية الدوارة أو ما يصل إلى 5 أمتار/ثانية باستخدام تقنية المؤازرة الخطية. تتيح إمكانية التسريع السريع للغاية المقدمة من خلال الماكينات عالية الأداء إمكانية نقل رؤوس الطباعة ثلاثية الأبعاد إلى مواقعها المناسبة بسرعة أكبر. وهذا يقطع شوطا طويلا في تخفيف الحاجة إلى إبطاء النظام بأكمله للوصول إلى جودة النهاية المطلوبة. وبالتالي، تعني هذه الترقية في التحكم في الحركة أيضًا أن المستخدمين النهائيين يمكنهم تصنيع المزيد من الأجزاء في الساعة دون التضحية بالجودة.
- الضبط التلقائي: يمكن لأنظمة المؤازرة إجراء الضبط المخصص لها بشكل مستقل، مما يجعل من الممكن التكيف مع التغييرات في آليات الطابعة أو الفروق في عملية الطباعة. لا تستخدم محركات السائر ثلاثية الأبعاد ردود الفعل الموضعية، مما يجعل من المستحيل تقريبًا التعويض عن التغييرات في العمليات أو التناقضات في الميكانيكا.
- ردود فعل التشفير: تحتاج أنظمة المؤازرة القوية التي تقدم تعليقات مطلقة للتشفير إلى إجراء روتين توجيه مرة واحدة فقط، مما يؤدي إلى زيادة وقت التشغيل وتوفير التكاليف. تفتقر الطابعات ثلاثية الأبعاد التي تستخدم تقنية المحركات السائرية إلى هذه الميزة وتحتاج إلى وضعها في المنزل في كل مرة يتم فيها تشغيلها.
- استشعار ردود الفعل: يمكن أن يكون الطارد في الطابعة ثلاثية الأبعاد في كثير من الأحيان بمثابة عنق الزجاجة في عملية الطباعة، ولا يتمتع المحرك المتدرج بقدرة استشعار ردود الفعل لاكتشاف انحشار الطارد - وهو عجز يمكن أن يؤدي إلى تدمير مهمة الطباعة بأكملها. مع أخذ ذلك في الاعتبار، يمكن لأنظمة المؤازرة اكتشاف النسخ الاحتياطية للطارد ومنع تجريد الفتيل. إن مفتاح أداء الطباعة الفائق هو وجود نظام حلقة مغلقة يتمحور حول جهاز تشفير بصري عالي الدقة. يمكن للمحركات المؤازرة المزودة ببرنامج تشفير عالي الدقة 24 بت أن توفر 16,777,216 بت من دقة ردود الفعل ذات الحلقة المغلقة للحصول على دقة أكبر للمحور والطارد، بالإضافة إلى المزامنة والحماية من الانحشار.
- الروبوتات عالية الأداء:مثلما تعمل المحركات المؤازرة القوية على تحويل التطبيقات المضافة، كذلك الحال بالنسبة للروبوتات. أداء المسار الممتاز، والهيكل الميكانيكي الصلب وتصنيفات الحماية العالية من الغبار (IP) - جنبًا إلى جنب مع التحكم المتقدم في مقاومة الاهتزاز والقدرة على المحاور المتعددة - تجعل الروبوتات ذات المحاور الستة المرنة للغاية خيارًا مثاليًا للعمليات الصعبة التي تحيط باستخدام 3D الطابعات، بالإضافة إلى الإجراءات الأساسية للتصنيع الطرحي والأساليب المضافة/الطرحية الهجينة.
تستلزم الأتمتة الروبوتية المجانية لآلات الطباعة ثلاثية الأبعاد على نطاق واسع التعامل مع الأجزاء المطبوعة في المنشآت متعددة الآلات. بدءًا من تفريغ الأجزاء الفردية من آلة الطباعة، وحتى فصل الأجزاء بعد دورة طباعة متعددة الأجزاء، تعمل الروبوتات عالية المرونة والكفاءة على تحسين العمليات لتحقيق زيادة في الإنتاجية ومكاسب الإنتاجية.
باستخدام الطباعة التقليدية ثلاثية الأبعاد، تساعد الروبوتات في إدارة المسحوق وإعادة تعبئة مسحوق الطابعة عند الحاجة وإزالة المسحوق من الأجزاء النهائية. وبالمثل، فإن مهام تشطيب الأجزاء الأخرى الشائعة في تصنيع المعادن مثل الطحن أو التلميع أو إزالة الأزيز أو القطع يمكن تحقيقها بسهولة. ويتم أيضًا تلبية فحص الجودة، فضلاً عن احتياجات التعبئة والتغليف والخدمات اللوجستية بشكل مباشر من خلال التكنولوجيا الروبوتية، مما يتيح للمصنعين تركيز وقتهم على الأعمال ذات القيمة المضافة الأعلى، مثل التصنيع المخصص.
بالنسبة لقطع العمل الأكبر حجمًا، يتم تجهيز الروبوتات الصناعية بعيدة المدى لتحريك رأس الطابعة ثلاثية الأبعاد مباشرة. يوفر هذا، جنبًا إلى جنب مع الأدوات الطرفية مثل القواعد الدوارة وأجهزة تحديد المواقع والمسارات الخطية والجسور العملاقة والمزيد، مساحة العمل المطلوبة لإنشاء هياكل مكانية حرة الشكل. وبصرف النظر عن النماذج الأولية السريعة الكلاسيكية، يتم استخدام الروبوتات لتصنيع أجزاء كبيرة الحجم ذات شكل حر، وأشكال قوالب، وإنشاءات جمالونية ثلاثية الأبعاد وأجزاء هجينة كبيرة الحجم. - وحدات تحكم الآلة متعددة المحاور:إن التكنولوجيا المبتكرة لربط ما يصل إلى 62 محورًا للحركة في بيئة واحدة تجعل الآن المزامنة المتعددة لمجموعة واسعة من الروبوتات الصناعية وأنظمة المؤازرة ومحركات التردد المتغيرة المستخدمة في العمليات المضافة والطرح والهجينة ممكنة. يمكن الآن لمجموعة كاملة من الأجهزة العمل معًا بسلاسة تحت التحكم والمراقبة الكاملين لوحدة التحكم المنطقية القابلة للبرمجة (PLC) أو وحدة التحكم في الجهاز IEC، مثل MP3300iec. غالبًا ما تتم برمجتها باستخدام حزمة برامج 61131 IEC الديناميكية، مثل MotionWorks IEC، وتستخدم المنصات الاحترافية مثل هذه أدوات مألوفة (على سبيل المثال، رموز RepRap G، ومخطط كتلة الوظيفة، والنص المنظم، ومخطط السلم، وما إلى ذلك). لتسهيل التكامل السهل وتحسين وقت تشغيل الماكينة، تم تضمين أدوات جاهزة مثل تعويض تسوية القاعدة، والتحكم المتقدم في ضغط الطارد، والمغزل المتعدد، والتحكم في الطارد.
- واجهات مستخدم التصنيع المتقدمة:تعد حزم البرامج المتنوعة مفيدة للغاية لتطبيقات الطباعة ثلاثية الأبعاد، وقطع الأشكال، والأدوات الآلية والروبوتات، ويمكنها توفير واجهة آلة رسومية سهلة التخصيص بسرعة، مما يوفر طريقًا لمزيد من التنوع. تم تصميم المنصات البديهية، مثل Yaskawa Compass، مع وضع الإبداع والتحسين في الاعتبار، وتسمح للمصنعين بوضع علامة تجارية على الشاشات وتخصيصها بسهولة. بدءًا من تضمين سمات الجهاز الأساسية لتلبية احتياجات العملاء، لا يلزم سوى القليل من البرمجة - حيث توفر هذه الأدوات مكتبة شاملة من مكونات C# الإضافية المعدة مسبقًا أو تتيح استيراد المكونات الإضافية المخصصة.
الارتفاع فوق
في حين أن العمليات المضافة والطرح الفردية لا تزال شائعة، فإن تحولًا أكبر نحو الطريقة المضافة/الطرح الهجينة سيحدث خلال السنوات القليلة القادمة. من المتوقع أن تنمو بمعدل نمو سنوي مركب (CAGR) يبلغ 14.8 بالمائة بحلول عام 20271، فإن سوق آلات تصنيع المواد المضافة الهجينة يستعد لتلبية الزيادة في متطلبات العملاء المتطورة. للارتقاء فوق المنافسة، يجب على الشركات المصنعة أن تزن إيجابيات وسلبيات الطريقة الهجينة لعملياتها. مع القدرة على إنتاج الأجزاء حسب الحاجة، لتحقيق انخفاض كبير في انبعاثات الكربون، توفر عملية الإضافة/الطرح الهجينة بعض الفوائد الجذابة. وبغض النظر عن ذلك، لا ينبغي إغفال التقنيات المتقدمة لهذه العمليات ويجب تنفيذها في المتاجر لتسهيل زيادة الإنتاجية وجودة المنتج.
وقت النشر: 13 أغسطس 2021
