Trwałe jak metal, dostępne na życzenie

Komponenty wykonane z superpolimerów i superkompozytów mogą sprawdzić się lepiej niż metal w ekstremalnych warunkach typowych dla przemysłu lotniczego, kosmicznego, motoryzacji i energetyki. Dzięki platformie automatyzacji B&R, firma Roboze umożliwia drukowanie 3D tych zaawansowanych materiałów bezpośrednio na hali produkcyjnej.

Satelita, łódź podwodna, turbina wiatrowa. Komponenty poddawane działaniu ekstremalnych temperatur i naprężeń mechanicznych, lub wysokiego napięcia i chemikaliów powodujących abrazję, są wystawione na nie lada próbę. Niegdyś tylko stopy metali były w stanie sprostać temu zadaniu, natomiast obecnie coraz większa liczba polimerów i kompozytów o wysokich walorach użytkowych, wzmocnionych włóknami węglowymi i ceramicznymi jest w stanie konkurować z metalem pod względem wytrzymałości i trwałości.

Rośnie znaczenie efektywności paliwowej, zarówno jako czynnika kosztowego, jak i środowiskowego. To sprawia, że lekkie polimery i kompozyty są atrakcyjną alternatywą dla metalu w samochodach, samolotach i wszędzie tam, gdzie energia wprawia rzeczy w ruch. Są one również wysoce odporne na ostre chemikalia i mogą poprawić bezpieczeństwo i komfort, izolując od ciepła, elektryczności, dźwięków i wibracji.

Firma Roboze specjalizująca się w druku 3D łączy te nowatorskie materiały z przełomową technologią przyrostową. Rezultatem jest radykalne skrócenie czasu realizacji i zmniejszenie kosztów produkcji oraz elastyczność w tworzeniu niestandardowych części na żądanie. W rewolucyjnych drukarkach tej firmy wykorzystano technologię druku 3D określaną skrótem FFF (Fused Filament Fabrication), w której materiał jest wytłaczany przez podgrzewaną dyszę, formując produkt warstwa po warstwie. Aby uzyskać krytyczne właściwości materiału i zapewnić ścisłe tolerancje wymiarowe wymagane do zastąpienia elementów z metalu, firma Roboze musiała jednak dokonać kilku kluczowych adaptacji.

Oprócz całkowicie nowego ekstrudera do obsługi materiałów o wysokiej lepkości, Roboze zaprojektował unikalną, podgrzewaną komorę drukującą, która utrzymuje optymalne środowisko druku i zapobiega skurczom materiału podczas wytłaczania. I co najważniejsze, aby wyeliminować jedną z głównych wad, jakie mają drukarki 3D w porównaniu z konwencjonalnymi obrabiarkami, inżynierowie Roboze wymyślili opatentowane rozwiązanie beztaśmowego sterowania napędami.

Aby przesunąć głowicę drukującą wzdłuż osi x i y, w konwencjonalnych systemach FFF stosowane są taśmy, które z czasem ulegają deformacji, zużyciu i rozkalibrowaniu. W beztaśmowym systemie Roboze taśmy zastąpione są bezpośrednim mechanizmem ruchu mechatronicznego, dzięki czemu jest on nie tylko precyzyjny, ale także wysoce wydajny i łatwy w utrzymaniu. Przekładnia walcowa o skośnych zębach zapewnia płynny ruch zębatki, co w znacznym stopniu ogranicza hałas, zużycie i miejscowe przegrzanie.

„Aby konkurować z obrabiarką CNC, musieliśmy osiągnąć spójne tolerancje mikrometryczne” – mówi Davide Schiena, szef inżynierii aplikacji i współpracy z klientem w firmie Roboze. Czas próbkowania 50 μs oferowany przez serwonapęd ACOPOS P3 firmy B&R zapewnił rozwiązaniu Roboze potrzebną wydajność. ”Serwonapędy B&R pozwalają zagwarantować precyzję pozycjonowania na poziomie ±10 mikrometrów” – dodaje Schiena. „To sześć razy lepiej niż w przypadku systemu napędzanego taśmą”

Gdy myślimy o drukarce 3D, zazwyczaj wyobrażamy sobie samodzielne urządzenie wykorzystywane do szybkiego prototypowania. „Wiedzieliśmy, że można od tych drukarek oczekiwać znacznie więcej” – wyjaśnia założyciel i dyrektor generalny Roboze, Alessio Lorusso. „Dlatego też, wspólnie z firmą B&R, zaprojektowaliśmy drukarkę ARGO 500 jako zupełnie nową konstrukcję, aby bezproblemowo zintegrować ją z linią produkcyjną.”

ARGO 500 zapewnia w pełni zautomatyzowaną kontrolę każdego etapu procesu wykonywanego w komorze podgrzewanej. Obejmuje to sam proces wytłaczania, ale także etapy poprzedzające go – takie jak suszenie włókna w celu zapewnienia niezawodnej produkcji – oraz etapy po przetworzeniu, na przykład wyżarzanie. Potrzebna była duża moc obliczeniowa, stąd wybór przemysłowego komputera z serii Automation PC 910 firmy B&R.

Po każdym cyklu drukowania ARGO 500 generuje obszerny rejestr danych procesowych służący do budowy cyfrowego modelu i umożliwiający automatyczną certyfikację każdej wyprodukowanej części. Funkcja połączenia zdalnego umożliwia diagnostykę predykcyjną, pozwalającą maksymalizować dyspozycyjność i wydajność oraz umożliwia drukarce ARGO 500 ciągłe ewoluowanie poprzez aktualizacje oprogramowania.

Gotowe komponenty technologii mapp firmy B&R pozwoliły Roboze szybko wdrożyć ważne funkcje potrzebne do integracji fabrycznej, w tym zarządzanie alarmami, akwizycję danych, rejestrację zmiennych procesowych i zarządzanie użytkownikami. „Dzięki temu nasz zespół mógł się skupić na wdrożeniu i optymalizacji samego procesu drukowania” – wyjaśnia Antonio Pastore, szef inżynierii Roboze.

„Posiadanie kompletnego rozwiązania automatyki B&R zapewnia naszym drukarkom 3D najlepszą w swojej klasie wydajność i niezrównaną niezawodność, a jednocześnie sprawia, że bardzo łatwo je konfigurować i konserwować” – twierdzi Lorusso. Szybko dodaje, że wkład B&R wykracza poza zwykłe dostarczanie sprzętu i oprogramowania. „Na każdym kroku upewniali się, że dysponujemy narzędziami potrzebnymi nam do osiągnięcia sukcesu – od szkoleń i fragmentów kodu po elastycznie działający zespół wsparcia, który zawsze szybko wyjaśniał wszelkie wątpliwości.”

ARGO 500 to pierwszy komercyjny produkt, który powstał w wyniku współpracy rozpoczętej w 2020 roku. „Byliśmy pod ogromnym wrażeniem wydajności systemu B&R,” – wspomina Lorusso – „dlatego z niecierpliwością czekamy na możliwość wykorzystania go w nowych platformach druku 3D, wyposażonych dodatkowo w łączność zgodną ze standardem Przemysłowego Internetu Rzeczy. Umożliwimy nawet sterowanie maszyną w chmurze.”