Публикувано на Оставете коментар

Пържени картофи а ла Doosan

Пържени картофи а ла Doosan

 

DHR Engineering е създадена като компания за разработване на нови инструменти и решения и духът на иновациите все още витае в нашия екип. За нас звучи напълно реалистично да отделим цял уикенд, извън работно време, за да се забавляваме с нещо, свързано с ежедневните задачи на компанията. За тази цел решихме да организираме домашен хакатон и да направим пържени картофи с помощта на шестосен робот DOOSAN.

Въведение

Цели на проекта

  • Програмирайте робот с шест оси да пържи картофи в стандартен фритюрник и ги сервирайте.
  • Запишете видео на робота в действие.

Защо го направихме

  • Да се демонстрират възможностите на DOOSAN и неговите приложения в различни области.
  • За забавление! Възможността да решим нов, интересен проблем с 24-часов срок на действие постави на изпитание креативността на екипа и възможностите на машините, с които разполагаме.

План за действие

  • Обмислете и очертайте различните действия, които роботът ще трябва да извърши за успешно готвене (напр. отваряне на хладилника, транспортиране на пържени картофи, пържене и т.н.).
  • Закупете и модифицирайте различни материали и инструменти, които да използвате (напр. кутия за транспортиране на сурови пържени картофи, фритюрник и др.); за всеки артикул, проектирайте интерфейсни части, за да улесните връзката между захвата на робота и съответния обект.
  • Настройка на “кухнята” – позициониране на робота, фритюрник, хладилник; подготви за видеозапис.
  • Програмирайте робота – определете последователността на движенията, намерете правилните настройки и скорости.
  • Тествайте, отстранявайте грешки и записвайте видеоклипа.

Готов! Комплект! Отивам!

С голям ентусиазъм започнахме да обсъждаме какво точно искаме да постигнем и как да го направим. Някои стъпки бяха подходящи за робота, а други бяха оставени за нас, за да спестим време. Ето крайния резултат от нашата мозъчна атака:

Подготовка (човешки задачи)

  1. Подредете и закрепете всички обекти, включени в процеса (робота, фритюрниците, различни контейнери).
  2. Налейте олиото във фритюрниците и го загрейте.
  3. Пригответе кутиите със сурови пържени картофи в хладилник.
  4. Поставете купа за готовите продукти.

Пържене на пържени картофи (движения на робота)

  1. Отворете хладилника.
  2. Грабнете първата кутия със сурови пържени картофи.
  3. Затвори вратата.
  4. Махнете капака от кутията.
  5. Пуснете пържените картофи в мрежата на фритюрника.
  6. Оставете кутията настрана.
  7. Хванете мрежата на фритюрника и я потопете в горещото олио.
  8. След определено време повторете стъпки 1-7 за следващата кутия сурови пържени картофи.
  9. След определено време хванете мрежите на фритюрника със сготвените пържени картофи и ги изпразнете в купата.
  10. Вземете солницата и овкусете картофите.
  11. Поднесете картофите в специална кошничка.

От списъка е видно, че е необходим специален интерфейс за всеки от следните елементи: кутия, капак, фритюрник, сол, кошница за сервиране, хладилник. Започнахме да проектираме и отпечатаме частите.

Проектиране и производство на 3D части

Интерфейс

За да извършим всички необходими операции за пържене на картофите, първо трябваше да определим как роботът ще манипулира всеки елемент в процеса. За да осигурим повторяемост и сигурно захващане, решихме да използваме скоба тип лястовича опашка, където е възможно – тя позволяваше фиксирано позициониране в две равнини и осигуряваше сигурно захващане по време на движенията на робота. Към всеки елемент, който роботът трябваше да хване, ние прикрепихме (закрепихме или залепихме) 3D отпечатан допълнителен компонент тип лястовича опашка – по този начин роботът успя да хване повечето от елементите със същия интерфейс.

Дизайн на челюстта

Както споменахме в първи статия от нашата серия за 3D печат, челюстите на захвата могат да комбинират множество операции в една. В нашия случай използвахме предната част на челюстите, за да захванем скобите тип лястовича опашка, докато средната цилиндрична част беше предназначена за солта. По случайност вратата на хладилника имаше много удобна геометрия и един обикновен болт, стърчащ от челюстите, беше достатъчен, за да може роботът да отвори хладилника. Не е най-красивото решение в света, но хей, имахме нужда от него, за да работи възможно най-скоро!

Тъй като захватът имаше само две позиции за челюстите – отворени и затворени – трябваше да моделираме леко припокриване, когато челюстите бяха напълно затворени, за да сме сигурни, че роботът няма да изпусне предмета, който носи.

Производство на 3D принтирани части

Имахме ограничено време и няколко принтера на наше разположение. За да се ускори процесът, всяка част беше отпечатана отделно, веднага след като дизайнът й беше завършен. Това, разбира се, доведе до няколко неуспешни дизайна, които трябваше да бъдат коригирани и препечатани – итеративен процес, който е често срещан в областта на инженерството. Най-сложните части бяха готови за по-малко от 90 минути.

Настройка на кухнята и програмиране на робота

След като стартирахме 3D принтерите, продължихме с настройката на „кухнята“ – половината от работилницата ни беше пренаредена, преместихме робота и донесохме няколко маси. Бяха взети под внимание различни параметри, като обхват на робота, ред на движенията и кадриране и светлина за видеото.

Програмирането на робота също беше трудна задача. Като повечето роботи с шест оси, Doosan има два режима на движение – „линеен“ и „ставен“. Линейното движение позволява по-добър контрол върху траекторията и се използва за точно позициониране и захващане на обектите, които манипулираме. Движението на ставата, от друга страна, е предназначено за най-кратката и най-бърза работа между две предварително определени места. Този режим беше използван за преход между различните стъпки в процеса. Започнахме с няколко стъпки, като очертахме работния процес и добавихме или коригирахме списъка с всяка итерация на теста. Скоростта на движенията (пряко свързана с инерцията на пренасяните предмети) също беше нещо, което трябваше да разберем чрез проба и грешка.

Тестване, отстраняване на грешки и видео

Най-интензивната част от цялото приключение беше, когато започнахме да тестваме кухненската обстановка. Очаквано се появиха различни проблеми – някои от отпечатаните части не паснаха на контейнерите, някои не бяха достатъчно здрави и се наложи да ги подобрим и препечатаме.

Най-важният урок, който научихме обаче, беше, че е изключително важно всичко да се фиксира много добре към земята. Имаше няколко случая, когато някой случайно измести маса с няколко сантиметра и всички позиции на роботите избягаха. Това беше труден урок за научаване, но ценен.

Най-накрая, след дълъг и интензивен ден, бяхме готови за истинския тест: запис на еднократно видео на робота, преминаване през всички стъпки и доставяне на прясно приготвени пържени картофи... След три дълги минути всичко беше готово и седнахме за да се насладите на вкусни, лесно приготвени пържени картофи!

Заключение

За да обобщим всичко, беше страхотен уикенд! Три съставки бяха необходими, за да се случи: специален екип, мощният робот Doosan и невероятната технология за 3D печат!

Както винаги, ще се радваме да ви помогнем с всичко, свързано с автоматизация, роботи или 3D печат (или готвене)! Уведомете ни в коментарите!

Публикувано на Оставете коментар

Казус 3: Укрепване на Z-ос в 3D отпечатани части

Казус 3: Укрепване на Z-ос в 3D отпечатани части

Фигура 1 – същият 3D отпечатан детайл без (вляво) и с (вдясно) подобрение

Технология на 3D печат

„3D печат“ е общият термин за няколко технологии, които използват слой по слой отлагане на материал, за да произведат цялостна част. В DHR Engineering използваме метода на Fused Deposition Modeling (FDM), който разчита на отлагането на разтопена пластмасова нишка на слоеве, за да изградим желаната част от тях (прочетете повече за това в нашия първи статия). След като даден слой е завършен, принтерът преминава вертикално към следващия слой, където отпечатва съответната геометрия. За да се постигне успешен печат, е важно да се намерят правилните настройки за температурата на нагряване на нишката и вертикалното разстояние между слоевете. В идеалния случай текущият слой ще задълбочи отпечатания и разстоянието между двата ще бъде достатъчно малко, така че новата нишка да прилепне плътно, без да се компрометира съществуващата геометрия.

 

Фигура 2 – Принципи на работа на FDM. Източник: https://www.makerverse.ai/

 

Анизотропия и какво да правим с нея

Въпреки многобройните опити и подобрения в технологията, 3D отпечатаните части са анизотропни. Якостта и свойствата на опън във вертикалната посока Z обикновено са 4-5 пъти по-ниски, отколкото в другите две равнини (източник). По същия начин, успоредно на отпечатаните слоеве (в посоките X и Y), частта може да има значително по-ниска устойчивост на натоварване при срязване. Поради тези характеристики на 3D принтирането се търсят допълнителни методи за подобряване на механичните свойства на функционалните части. Ето някои от най-популярните решения:

  • Промяна на геометрията – Най-добрият начин да избегнете отделянето на слоя на частта е да елиминирате силите, действащи там; това решение е приложимо предимно в началната фаза на планиране, където има достатъчна свобода на проектиране.
  • Промяна на ориентацията на печат – За по-прости части въртенето около осите X или Y може да реши проблема чрез преместване на слабото място на частта вместо силите, действащи върху нея. Този метод обаче не работи за части с множество перпендикулярни натоварвания.
  • По-дебели части – Ако приложените сили са сравнително малки, удебеляването на определени елементи от частта може да подобри нейната здравина достатъчно, за да издържи натоварване дори в най-слабата си точка.
  • Метални вложки – Използването на метални вложки в 3D отпечатани части наистина си заслужава да бъде обсъдено само по себе си. В тази статия ще се съсредоточим върху използването на стандартни болтове. Вградени в печатната част, те поемат натоварването вместо пластмасата, като значително подобряват механичните свойства на частта. Въпреки недостатъците на този подход, които включват по-сложен дизайн и печат, както и необходимостта от допълнителна обработка и сглобяване, добавената работа напълно си заслужава.

 

Фигура 3 – използване на метални вложки за укрепване на 3D отпечатаните части по вертикалната ос

 

Предимства на използването на метални вложки

Включването на метални компоненти в дизайна на 3D отпечатани части помага по няколко начина:

  • Силите, създадени от затегнатите болтове, компресират слоевете на детайла, увеличавайки триенето между тях и по този начин увеличавайки максималното натоварване на срязване.
  • Болтовете разпределят натоварването върху по-голяма площ/повече слоеве, като ефективно намаляват силите, действащи върху всеки отделен слой.
  • Самите болтове поемат значителна част от натоварванията, действащи върху частта. Например, при натоварване на срязване, перпендикулярно на оста Z, една подсилена част може да издържи много по-големи натоварвания в сравнение с чисто пластмасова част, тъй като силата ще трябва да счупи самия болт.

Фигура 3 изобразява 3D отпечатан корпус на лагер, използван в работилницата на DHR Engineering. Частта се поддържа само от едната страна (конзола), а комбинираното статично и динамично натоварване е приблизително 1200 N. Цилиндричната част на частта, където се намира металният вал, се отпечатва успоредно на оста Z на 3D принтера.

По време на работа се генерират различни сили, действащи в различни равнини. Перпендикулярно на оста на печат, частта показва отлични механични свойства при натоварване на опън, тъй като силите действат в равнината на пластмасовите нишки. Въпреки това, успоредно на оста Z, силите на опън се опитват да разделят слоевете, което е най-слабото място на всяка 3D отпечатана част.

За да предотвратим отделянето на слоевете при настоящите условия на натоварване, решихме да добавим два болта M4 по оста Z и да увеличим товароносимостта. След успешното тестване на частта при номиналното й натоварване, ние постепенно увеличихме натоварването. По време на един от тестовете за якост, за наша изненада, частта се провали през слоевете (Фигура 1, Фигура 4). Това показва, че болтовете са увеличили устойчивостта на частта отвъд тази на пластмасата и са превърнали най-слабата равнина в най-надеждната.

 

Фигура 4 – подобрената част проби през слоевете, където обикновено е най-слабото място

Ще се видим скоро!

В тази статия още веднъж показахме, че 3D принтирането предлага много повече, отколкото може да изглежда на пръв поглед. Търсенето на сложни, но надеждни части само ще нараства, но ние в DHR Engineering винаги сме готови за предизвикателства!

Ще се радваме да помогнем и на вас!

 

Публикувано на Оставете коментар

Казус 2: Пневматичен инструмент за почистване на CNC маса

Казус 2: Пневматичен инструмент за почистване на CNC маса

 

Фигура 1 – демонстрация на пневматичен инструмент

 

Може би най-голямото предимство на роботите с шест оси е тяхната гъвкавост. Тъй като са програмируеми, те могат да бъдат настроени за безброй операции, като се използват множество различни крайни изпълнители. Има компании, специализирани в разработването на крайни изпълнители за захващане, проверка, сканиране, заваряване или залепване. Въпреки това, поради наличност или разходи, понякога е по-удобно за потребителите да създават свои собствени инструменти за изпълнение на конкретна задача. Пример за такъв случай е проста 3D отпечатана дюза за почистване на CNC мелнична маса, разработена от DHR Engineering.

 

Фигура 2 – 3D отпечатана дюза, монтирана на грайфера на Schunk

 

Защо металните стружки са такъв проблем?

По време на всяка операция на фрезоване металните отпадъци се натрупват под формата на стружки с различни размери. Като се имат предвид тесните допуски, с които работят съвременните машини, от решаващо значение е всички повърхности в мелницата да са добре почистени. Наличието на стружки може да доведе до изместване или изкривяване на детайла, което води до недопустими неточности в крайния продукт. Натрупването на голям обем стружки пречи на нормалната работа на машината, затруднява движенията и затруднява автоматизацията. Обичайна практика е операторът да следи почистването на инструментите и работната повърхност. Тази задача може да бъде автоматизирана с робот с шест оси и 3D отпечатана дюза, което позволява непрекъснат процес от зареждането на заготовката до завършената част.

 

Специфика на дизайна

При проектирането на инструмента се опитахме да не го правим по-сложен от необходимото (можете да видите 3D модела на фигура 3). Планирахме да използваме управляемите пневматични линии на робота и трябваше само да изпратим въздуха в правилната посока. Създадената от нас дюза е пластмасов куб с подходящи монтажни и пневматични отвори. Основните спецификации, които разгледахме, са изброени по-долу.

  • Дюзата трябваше да отговаря на геометрията на захващащото устройство и съществуващите монтажни отвори. Ние 3D отпечата монтажния отвор с резба, а надвисналият детайл е проектиран да лежи върху стената на грайфера за по-лесно позициониране.
  • Частта изискваше интерфейс за свързване към пневматичната система на робота. При този конкретен робот налягането е 6 бара, а връзката с грайфера се осъществява чрез стандартен 1/8-инчов конектор. Тази нишка също е 3D отпечатана.
  • Изходният отвор на дюзата изисква оптимален размер и позиция, за да осигури силен поток към масата за фрезоване. На Фигура 2 може да се види, че дюзата е насочена перпендикулярно на челюстите, което позволява на грайфера да бъде позициониран много близо до фрезовата маса по време на почистване.
  • Детайлът трябваше да бъде здрав и лесен за отпечатване; семпъл дизайн, малък размер и леко натоварване – идеалният момент да използвате услугите на 3DHR, които ще ви струват само 2 лв.

 

 

Целият процес на създаване на дюзата отнема общо 3 часа. Това включва концептуален и технически дизайн, създаване на 3D модел, печат, инсталиране и програмиране на робота. Можем да използваме повторно готовия 3D модел отново, ако трябва да променим размерите, да създадем втора дюза за друг робот или да заменим повредена или износена част.

 

Заключение

Независимо дали става дума за дребни детайли, като нашата роботна дюза #Doosan, или големи, сложни разпечатки, 3D печатът със сигурност ще бъде част от бъдещето за много индустрии. Ако никога не сте работили с пластмасови части, сега е идеалният момент да започнете и да останете пред конкуренцията!

На нашия уебсайт можете да качите 3D модел и автоматично да получите прогнозна цена и време за отпечатване на вашите части!

Ще се радваме да отговорим на всякакви въпроси – моля свържете се с нас!

Публикувано на Оставете коментар

Казус 1: Пластмасови челюсти за пневматичен грипър

Казус 1: Пластмасови челюсти за пневматичен грипър

 

Автоматизираните CNC машини отдавна са стандартно оборудване в металообработващата индустрия, но свързването на всички различни операции в напълно автоматизиран поток все още изисква човешка намеса. Компании като DoosanRobotics са разработили роботи с шест оси, които с помощта на различни крайни инструменти (захващащи устройства, вендузи и т.н.) могат да изпълняват много сложни задачи, намалявайки нуждата от човешки труд при повтарящи се задачи. Могат ли обаче тези роботи да се справят с най-обикновената операция – зареждане и разтоварване на части от CNC мелницата?

Какви са бариерите пред един напълно автоматизиран цех?

За повечето части производственият процес е разделен на две стъпки – обработка на горната и страничните повърхности (1) и обработка на долната повърхност (2). За да може роботът да преодолее празнината между двете операции, роботът трябва да бъде оборудван с подходящ инструмент, който може да обработва заготовката и обработения компонент прецизно и сигурно (един такъв инструмент е Schunk grapper). Обикновено се използват два комплекта челюсти за захващане – стандартни успоредни челюсти за задържане на заготовката и изработени по поръчка челюсти, които пасват на частично обработения детайл (например цилиндричен детайл от едната страна на детайла, създаден с първата операция в мелницата). 

Персонализираните челюсти често се изработват от алуминиеви блокове с точната форма, която трябва да пасне във вътрешността. Подготовката на тези челюсти изисква самостоятелна инвестиция на време и средства. Веднъж произведени, алуминиевите челюсти не позволяват почти никакви промени в дизайна на частта, която държат, и ако бъдат направени промени, комплектът челюсти вече не може да се използва. Освен това в някои случаи процесът не може да бъде автоматизиран, тъй като стандартните и потребителските челюсти трябва ръчно да се сменят между операциите. Съвременното решение на всички тези проблеми е 3D-принтирането.

Фигура 1 – сили, действащи върху челюстите по време на употреба

 

Бързо, лесно, евтино

В първи статия от поредицата описахме изискванията, на които трябва да отговаря една метална част, за да бъде заменена с 3D отпечатана. В случая на челюстите на захващане са изпълнени всички условия:

  • Захващането и преместването на малки до средни части упражнява сили под 1500 N и пластмасовите челюсти няма да имат проблем да ги издържат. Това включва и циклично натоварване – комплектът челюсти, които в момента имаме в сервиза, е използван за повече от 20 000 цикъла.
  • Температурата на околната среда в цеха е около 25 градуса по Целзий.
  • Имаме нужда само от няколко комплекта челюсти, за да не се произвеждат големи партиди.

Но защо все пак ще искаме пластмасови части? Ето някои добри причини: 

  • 3D печатът позволява много сложни дизайни без производствени разходи. Това ни дава възможност да създаваме челюсти с множество интерфейси, които ще могат да захващат обработения детайл във всички етапи на неговото производство. Както може да се види на Фигура 2, интерфейсите могат да бъдат разположени от двете страни на челюстите (плосък интерфейс от едната страна, извит интерфейс от другата страна), увеличавайки максимално броя на формите, които могат да бъдат манипулирани с комплекта.
  • Времето за изработка на комплект челюсти с размери 100 х 40 х 15 мм е само 2 часа, без да е необходима допълнителна обработка. Според калкулатора на сайта ни цената е 35 лв. към март 2023 г.
  • В случай, че дизайнът на обработената част бъде променен по някакъв начин, пластмасовите челюсти могат лесно да бъдат модифицирани в 3D модела и отпечатани отново само за няколко часа. По подобен начин може да се създаде нов комплект, ако челюстите са повредени или износени
  • Пластмасите са много по-меки от метала и отпечатаните челюсти никога не могат да надраскат или повредят обработваната част. Външният вид на частта е първият знак за добро (или лошо) качество на работата

Фигура 2 – интерфейси от двете страни на челюстите – плоски (отвътре) и извити (отвън)

 

Тайните на добрия дизайн

Създаването на добър инструмент изисква внимателно проектиране в различни области – производство, употреба, надеждност, поддръжка. Ето какво взехме предвид при създаването на пластмасовите челюсти:

  • За да намалим времето за производство, сложността на управлението на склада и времето за престой, загубено при подмяна на челюсти между различни операции и части, искахме да включим възможно най-много интерфейси в комплекта челюсти. На фигури 2 и 3 можете да видите трите интерфейса, които успяхме да комбинираме – цилиндричен захват за формата след първата операция; равна повърхност от вътрешната страна за заготовката; наличен втори плосък захват с различен размер, ако се използва външният интерфейс. Комбинираният комплект челюсти ни позволява да автоматизираме целия производствен процес за детайла на фигура 3 – зареждане на заготовката, смяна на ориентацията след първата операция и разтоварване на готовия продукт след втората операция.

Фигура 3 – един и същ комплект челюсти може да се използва за множество операции

 

  • Много важно съображение при проектирането е изчисляването на цикличните и пиковите сили, които действат върху челюстите. Както геометричният дизайн, така и параметрите на 3D принтера се основават на това изчисление. На фигура 1 можете да видите основните сили, действащи върху челюстите – вертикални сили, които се появяват при повдигане (червено) и хоризонтални сили, дължащи се на захващане на детайла (синьо). Като взехме предвид изчисленията на силата и следвайки най-добрите практики за проектиране, ние разработихме подходящата геометрия. Що се отнася до самия печат, използвахме 80 % плътност на пълнежа и надеждната PETG пластмаса. Освен това нишковидните слоеве са успоредни на хоризонталните сили, където се изисква най-голяма якост.
  • Колаборативните роботи на Doosan могат да постигнат повторяемост от 0,1 mm. Имахме нужда от сигурен и прецизен начин за монтиране на персонализираните отпечатани челюсти към робота, за да увеличим максимално неговите възможности. Тъй като технологията за 3D печат все още не може да поддържа такива малки допуски, използвахме добре познат трик, за да свършим работата – метални вложки (Фигура 4). В задната част на всяка челюст е оставен специален слот за вложки с тесен толеранс (h7) – те гарантират, че относителната позиция между робота и челюстите е винаги еднаква.

Фигура 4 – прецизен монтаж на челюстите благодарение на фиксиращите вложки

 

Заключение

3D отпечатаните челюсти за захващане определено са успешни – използваме ги от месеци в нашата работилница без проблеми.

Темата за следващата седмица е свързана с една на пръв поглед незначителна дейност – почистване на масата на мелницата. Въпреки че много оператори пренебрегват тази част от работата, наличието на метални стърготини ограничава автоматизацията и може да причини неправилно подравняване и ожулени части. Предлагаме просто, но ефективно решение. 

До другата седмица!

Публикувано на Оставете коментар

Въведение в 3D принтирането

Въведение в 3D принтирането

 

Възходът на 3D принтирането

3D принтирането е метод за създаване на триизмерни обекти, обикновено направени от пластмаса, чрез добавяне на множество слоеве един върху друг. Дизайнът на обекта се създава на софтуер за 3D моделиране и след това се отпечатва с помощта на специализирани машини, наречени 3D принтери. Тези принтери разтопяват и отлагат пластмасова нишка слой по слой, изграждайки детайла отдолу нагоре.

Въпреки че технологията беше използвана за първи път през 80-те години на миналия век, тя стана по-популярна и достъпна за любителите около 2005 г. Оттогава има много доставчици на 3D принтери, нови материали с различни свойства, софтуерни решения за управление с отворен код и голяма общност от хора поддържане и развитие на технологията.

Първоначално 3D принтерите се използват главно за артистични проекти като статуетки или сувенири. Купувачите обаче скоро осъзнаха потенциала за по-практични части, които биха могли да заменят повредени компоненти или да разширят възможностите на готовите продукти. Ярък пример за това са многобройните подобрения, които купувачите правят на своите 3D принтери, като прахови капаци, държачи и електронни кутии.

 

Предимства

Има три основни причини, поради които 3D печатът в момента е непобедим в производството на малки партиди пластмасови части: свобода на дизайна, скорост на производство и ниска цена.

Неограничен дизайн

За разлика от конвенционалните технологии за обработка, които разчитат на отстраняване на материал, 3D печатът е допълнителен процес. Ето някои от неговите предимства:

  • По време на процеса на печат машината има достъп до всяка точка на модела – възможно е да се създаде куха, напълно затворена сферична част със специфични форми отвътре;
  • Някои принтери могат да включват два или повече различни материала в една и съща част – които могат да се използват за многоцветни дизайни или ако се изискват специални механични свойства;
  • Геометричната сложност не се отразява на печата – цялата необходима информация е в 3D модела; тъй като принтерът изгражда частта слой по слой, всяка сложна форма е просто комбинация от по-прости 2D полигони;
  • Различни параметри за печат могат да се променят в софтуера за управление на принтера. Промяната на плътността на детайла или дебелината на слоя, например, може да направи крайния продукт плътен и здрав или почти кух и следователно по-лек и по-евтин.

Спестява време и пари

След като 3D моделът е готов, единствената останала операция е самото отпечатване. Липсата на допълнителни стъпки спестява много време и усилия, особено когато е необходима неочаквана промяна на дизайна и частта трябва да бъде преработена. Отпечатването обикновено отнема само няколко часа (в зависимост от размера) и не е необходим оператор или последваща обработка. Процесът е сравнително евтин (ниска цена на материали и инструменти в сравнение с традиционната обработка) и лесно се автоматизира. Например на нашия уебсайт можете да качите .STL модел и веднага да видите цената и времето за доставка. Това значително намалява общото време за поръчка, както и възможността за човешка грешка.

 

Приложения на 3D печат

С разработването на нови пластмасови материали и усъвършенствани принтери, 3D отпечатаните части се превръщат в надеждна алтернатива на някои метални части, използвани в различни индустрии. Технологията не е универсално решение, но могат да бъдат постигнати страхотни резултати, ако са изпълнени следните условия:

  • Частите са подложени на леки до умерени натоварвания; въпреки че има множество инженерни пластмаси (PETG, ABS, найлон), тяхната здравина не може да се сравни със здравината на металите;
  • Частите се зареждат в не повече от две перпендикулярни посоки и ориентацията на печат е избрана подходящо – поради начина, по който се правят 3D отпечатаните части, те са по-слаби във вертикална посока (където слоевете се добавят един върху друг); зареждането и ориентацията на печат са важни фактори по време на процеса на проектиране;
  • Частите не се подлагат на високи температури – повечето пластмаси губят механичните си свойства при около 70 градуса по Целзий;
  • Броят на отпечатаните части е относително малък; с поръчки, по-големи от 10 000 единици, други технологии, като леене под налягане, стават по-рентабилни.

 

Заключение

Технологията за 3D печат не е заместител на стандартните CNC машини, а по-скоро допълнителен инструмент, който може да доведе до значително намаляване както на времето за производство, така и на разходите за конкретни части. Има много възможности за оптимизация в цеха за CNC обработка, тъй като много от частите и инструментите там отговарят на критериите, посочени по-горе.

В предстоящите статии ще представим някои любопитни случаи на употреба на 3D отпечатани части в машиностроителната индустрия. Останете на линия!

Какъв е вашият опит с 3D принтирането! Или може би имате въпрос? Кажете ни в секцията за коментари!

Публикувано на Оставете коментар

Автоматизация на 3D принтер с OctoPrint

Автоматизация на 3D принтер с Raspberry Pi

Следвайки нашите предишен пост, ние продължаваме нашата серия от надстройки на 3D принтер с най-популярната модификация за дистанционно управление – OctoPrint!

OctoPrint GUI в режим на готовност

Какво е OctoPrint и защо ви е необходим?

OctoPrint е безплатен софтуер с отворен код, който позволява на потребителите да наблюдават и управляват принтери чрез уеб базиран GUI. Въпреки че ти бих могъл инсталирайте го под Windows , обикновено работи на компютър Raspberry Pi с операционна система Octopi. Като се има предвид, че основният софтуер включва много полезни инструменти и общността на OctoPrint е разработила редица страхотни плъгини, ние сме сигурни, че това надграждане значително ще подобри изживяването ви при 3D печат.

OctoPrint ви предоставя:

  • отдалечен достъп – С основния OctoPrint можете например да задавате температури, да качвате G-код и да стартирате/спирате всеки свързан принтер във вашия местен мрежа. Представете си, че можете да стартирате задание за печат с няколко щраквания на мишката от удобството на бюрото си (или леглото, що се отнася до това).
  • наблюдение – Ако решите да инвестирате в камера за вашия OctoPrint, ще можете да гледате своя 3D принтер в реално време. Това е доста полезно, ако сте в друга стая и искате да се уверите, че принтерът работи добре. Никой не обича съсипан печат, но магазинът ви да бъде подпален, защото сте оставили принтера без надзор, е много по-голям проблем. Заедно с допълнителната безопасност, камерата ви позволява да правите видеоклипове с изтичане на времето на всички ваши разпечатки – чудесно за показване на вашите приятели (или клиенти!).
  • допълнителна функционалност – Има някои добавки OctoPrint, които ви позволяват да контролирате GPIO (вход / изход с общо предназначение) щифтове на Raspberry Pi. Това означава, че бихте могли да разширите обхвата на софтуера извън самия принтер, като добавите сензори или контролирате светлини/вентилатори, включите/изключете основното захранване и т.н.
  • добавки – Тъй като е с отворен код, OctoPrint има голям брой безплатни добавки. Някои от тях променят съществуващите функции на OctoPrint (плъгинът TheSpaghettiDetective ви позволява да контролирате принтера си от навсякъде чрез вашия смартфон), а някои добавят нова функционалност (PrintJobHistory ви позволява да съхранявате подробна информация и изображение на минали задания за печат). Без значение какво искате да постигнете, има вероятност някой вече да го е направил вместо вас!
* Преди да продължите да четете, уверете се, че вашият 3D принтер се поддържа от OctoPrint. Повечето от принтерите са, но това е списъкът, ако трябва да проверите.
 

Ръководство за инсталиране и настройка

Стъпка 1: Купете хардуер

Има само няколко хардуерни части, от които се нуждаете, за да стартирате OctoPrint:

  • Raspberry Pi – Официалният уебсайт на OctoPrint препоръчва Raspberry Pi 3B, 3B+ или 4. Ако имате Raspberry 2 наоколо, можете да следвате това ръководство. От друга страна, ако купувате нов, чисто новият, (до) 8 GB RAM Raspberry Pi 4 може да се окаже пресилен за задачата. Използваме версията 3B и (с изключение на някои дълги пропуски) всичко работи добре, включително потока на живо и плъгините, които сме инсталирали.
  • Raspberry Pi камера – Камерата Raspberry Pi не е изискване, но значително подобрява изживяването при дистанционно управление. Един, който ще работи извън кутията, е официална камера от Raspberry Store но можете да използвате и USB камера. Ако вземете модула на камерата Raspberry Pi, уверете се, че свързващата лента е достатъчно дълга за вашия проект. Дължината по подразбиране е около 20 см, така че трябваше да поръчаме по-дълъг замяна за да свържете камерата на печатащото легло към Raspberry извън кутията.
  • SD карта – Самият Raspberry Pi няма памет за съхранение (като твърдия диск на вашия компютър). Той използва micro SD карта, за да съхранява както операционната система, така и всички други файлове, които използвате. Препоръчваме да използвате 16 или 32 GB карта. Можете да прочетете повече тук.
  • USB кабел – Имате нужда от USB кабел, за да свържете Raspberry Pi към вашия принтер. За Ендър 3 това е USB A (мъжки) към USB B mini (мъжки). Проверете дали вашият принтер се доставя с кабел и ако не, погледнете USB порта на принтера, за да определите какъв точно размер ви е необходим.
USB A към USB B mini
  • Захранване – Raspberry Pi може да се захранва от USB порт на компютър / лаптоп, но ако искате да работи самостоятелно, имате нужда от захранващ адаптер. Можеш Вземи един от официалния уебсайт или проверете подробностите на техния уеб страница и купете такъв в местния магазин (потърсете опцията USB micro). Използваме захранване 5 V / 3 A.
Захранване с USB микро щепсел

Стъпка 2: Изтеглете софтуера и запишете SD картата

След като имате самия компютър, ще трябва да инсталирате операционната система – в нашия случай Octopi. За да направите това, изтеглете Octopi OS изображение, както и Етчър – инструмент за запис на ОС на SD картата. Отворете местоположението за изтегляне на Octopi и разархивирайте архива. Трябва да видите файл с разширение „.img“. Поставете SD картата във вашия компютър и отворете Etcher. Изберете „Flash from file“ и .img файла, който току-що сте извлекли. След това изберете подходящото устройство, където е SD картата, и щракнете върху Flash!

Etcher е готов да флашне SD картата с Octopi OS

Стъпка 3: Подгответе Octopi OS

След като Etcher приключи, може да се появи изскачащ прозорец, който ви подканва да форматирате вашата SD карта. Ти трябва не направете това, но вместо това щракнете върху Отказ и вместо това отворете папката на SD картата (ако щракнете формат диск картата ще бъде почистена и ще трябва да започнете отначало). 

НЕ форматирайте вашата SD карта

Веднъж в папката „boot“, намерете файла „octopi-wpa-supplicant.txt“ и го отворете с помощта на текстов редактор (като Notepad).

Директорията за зареждане с маркиран octopi-wpa-supplicant.txt

Това, което правим тук, е настройка на автоматична wifi връзка за нашия компютър Raspberry PI. За да направите това, трябва да откоментирате (премахнете знаците #) четирите реда в блока WPA/WPA 2 и да замените текста между кавичките, за да съответства на вашите мрежови идентификационни данни. Можете да копирате и поставите блока няколко пъти, ако искате да дадете на Raspberry достъп до повече от една мрежа (не забравяйте скобата } в края).

Също така се уверете, че сте избрали правилния код на държавата в края на файла (можете да замените текущо активния „GB“ с двубуквения код на държавата за вашето местоположение).

Настройка на достъп до wifi мрежа

Запазете файла и затворете редактора.

Едно последно нещо: за да разрешите отдалечен достъп през защитената обвивка (ssh), трябва да създадете празен файл, наречен 'ssh' в директорията за зареждане. За да направите това, поставете отметка в квадратчето „разширения на името на файла“ от менюто с опции на Windows Explorer. След това създайте нов текстов файл и изтрийте разширенията .txt. Потвърдете промяната и сте готови. Вече можете да извадите SD картата.

Активиране на ssh връзка

Стъпка 4: Свързване и настройка

Поставете SD картата в Raspberry Pi, включете принтера и свържете захранването. Няма бутон „Включване/изключване“, така че веднага щом включите захранващия USB, вашият Pi ще се включи със сървъра OctoPrint след това – дайте му минута да се зареди.

За достъп до GUI трябва да отворите браузър и да отидете на http://octopi.local . Като алтернатива можете директно да въведете IP адреса на Raspberry Pi (нещо като 192.168.1.5). Ако не знаете този IP адрес, можете да използвате един от многото софтуерни инструменти за сканиране на мрежата (we препоръчвам Ядосан IP скенер) или се свържете с вашия рутер и проверете там.

Типичен интерфейс на рутер със списък с клиенти - потърсете octopi.local

При първото ви влизане ще трябва да преминете през съветника за настройка, като изберете име и парола, както и някои други опции. Крис Райли е страхотен видео относно инсталирането на OctoPrint, в случай че предпочитате да гледате, отколкото да четете

И така, ето ви – OctoPrint е готов за работа!

Отляво имате Панел за свързване където ще изберете USB порта, в който е включен вашият принтер. Под него е панелът State, който ви показва дали принтерът работи в момента, оставащото време за печат и т.н. Следващото е Панел с файлове където можете да качвате файлове с G код и да избирате задание за печат.

Секцията вдясно се състои от раздели, където можете, наред с други неща, да задавате и наблюдавате температурата на инструмента и леглото или да контролирате осите на принтера и да предавате поточно видео на живо, ако имате инсталирана камера.

Разделът "Температура" с графиката на температурите на инструмента и леглото
Разделът „Контрол“ с прозорец за поток от уеб камера и контроли за управление на принтера

Стъпка 4: Инсталиране на добавки

Приставките на OctoPrint могат да бъдат лесно достъпни чрез Настройки (икона на гаечен ключ) / Мениджър на плъгини. За да добавите нови, щракнете върху бутона „Вземете още“ в долната част.

Получаване на нови добавки

Тук изброяваме някои от плъгините, които използваме, за да оптимизираме нашата работа:

  • Navbar Temp – Пренася температурите на инструмента и леглото от раздела Температура в лентата за навигация, където можете лесно да ги видите по всяко време. Нещо повече, Navbar Temp ви позволява да стартирате персонализирана Linux команда и да покажете резултата в Navbar. Вижте раздела за бонуси в края, за да видите как добавихме персонализиран сензор към корпуса на принтера!
  • Достъп навсякъде / Детективът Спагети – Страхотен инструмент, който ви позволява да разширите обхвата си и да контролирате принтера от всяка точка на света! Налични са също видеоклипове с интервал от време, качване на G код и откриване на грешки с AI! 
  • История на задачите за печат – Много полезен инструмент за следене на минали разпечатки. Ако съберете информация за настройките на принтера, времето и материалите, можете лесно да отстраните грешки и да видите какви промени водят до добри или лоши резултати. 
  • Уеб камера на цял екран – Този плъгин е прост, но прави наблюдението на принтера много по-удобно! 
  • GPIO контрол – Този плъгин ви позволява да създадете персонализиран бутон за GUI, който контролира конкретен GPIO щифт. Чудесно за управление на захранващо реле за LED лампа или захранването на принтера (проверете раздела за бонуси в тази публикация, за да видите как е направено).

В зависимост от вашите специфични изисквания и настройка, може да намерите други добавки на OctoPrint за полезни. Препоръчваме ви да разгледате Хранилище на плъгини Octoprint и изберете тези, които харесвате.

Бонус 1: Сензор за температура и влажност

В предишната ни публикация изградихме кутия за 3D принтер, за да поддържаме висока вътрешна температура и да подобрим качеството на ABS печат. За да проверим дали дизайнът наистина работи, добавихме температурен сензор и го свързахме към OctoPrint. По този начин винаги можем да проверяваме условията вътре в заграждението директно от основния контролен прозорец.

Избрахме Adafruit HTS221 – ниско напрежение (3 ~ 5 V), висок диапазон (-40 ~ 120 градуса C), точен и евтин сензор за температура / влажност, който лесно ще се свърже с Raspberry чрез I2C протокола. Има много други сензори, от които можете да избирате в зависимост от вашите цели и изисквания за измерване (проверете DHT11 / DHT22).

Ако изберете HTS221, проверете ръководството по-долу за това как да го накарате да работи на Raspberry Pi. Ако използвате различен сензор, можете да преминете направо към това как да свържете данните към OctoPrint.

За да накараме HTS да работи чрез I2C протокола, трябва да инсталираме няколко софтуерни пакета. Опитахме се да обобщим статиите*, изброени в долната част, за да можете бързо и лесно да настроите системата. Ако приемем, че вече сте инсталирали Octopi, изпълнете следното в директорията на вашия проект:

sudo apt актуализация
sudo apt-get -y инсталирайте python-pip3

sudo apt-get актуализация
sudo apt-get надграждане
sudo pip3 install –upgrade setuptools
pip3 инсталирайте RPI.GPIO
pip3 инсталирайте adafruit-blinka
pip3 инсталирайте adafruit-io
git клонинг https://github.com/adafruit/io-client-python.git

sudo apt-get install -y python-smbus
sudo apt-get install -y i2c-tools

sudo pip3 инсталирайте adafruit-circuitpython-hts221

Накрая бягай

sudo raspi-config

изберете Опции на интерфейса и Активирайте I2C протокол.

Рестартирайте Raspberry Pi.

*
https://learn.adafruit.com/adafruit-io-basics-digital-output/python-setup
https://learn.adafruit.com/adafruit-hts221-temperature-humidity-sensor/python-circuitpython

Ето примерния код на Python (i2c_test-single.py) използвахме за четене на данни от сензора:

време за импортиране
дъска за внос
импортиране на бизнес
импортирайте adafruit_hts221

i2c = busio.I2C(board.SCL, board.SDA)
hts = adafruit_hts221.HTS221(i2c)

print(round(hts.relative_humidity,2),' %')
print(round(hts.temperature,2),' C —')
time.sleep(1)

Забележка: библиотеката 'board' е част от пакета Adafruit. Ако получите грешка „няма модулна платка“, трябва не инсталирайте го с команда като 'pip install board', защото има различна самостоятелна библиотека, наречена по същия начин и проблемът ви няма да бъде решен. Вместо това опитайте да инсталирате всички необходими пакети Adafruit.

Свържете сензора към OctoPrint

За да получите достъп до вашите сензорни данни, ще трябва да инсталирате приставката Navbar Temp (проверете Стъпка 4 по-горе). Другото нещо, от което ще се нуждаем, е python скрипт, който ще печат () данните, които искате да покажете на конзолата (отпечатайте ги само веднъж; Navbar Temp има вътрешен цикъл, който проверява вашия скрипт на всеки няколко секунди, за да актуализира данните). След като имате тези, при които отивате OctoPrint / Настройки / Плъгин за температура на навигационната лента / персонализирана команда и добавете командата, която бихте използвали, за да стартирате скрипта на Python за сензора, сякаш пишете в терминала Raspberry. В нашия случай искаме да стартираме a python3 файл, наречен i2c_test-single.py намира се в /home/pi/io-client-python3/ (това е същият файл, който показахме в секцията „Инсталиране на софтуер за HTS221“.). Получените данни са показани в червения правоъгълник.

Добавяне на персонализирани команди към Navbar Temp

Единственият проблем, който имахме, беше, че времето за актуализиране на персонализираната команда беше толкова дълго, че в началото си помислихме, че изобщо не се актуализира. След като прочетохме (безплатния и отворен, можете да го изтеглите от github) изходния код на Navbar Temp, открихме, че времето за актуализиране е 30 секунди. За да поправим това, трябваше ръчно да редактираме началния файл на Navbar Temp. Ето стъпките:

  • свържете се с Raspberry чрез ssh (или чрез Windows 10 Power shell или чрез Замазка)
  • намерете папката Navbar Temp, като въведете следното:

cd /
sudo find -path '*navbartemp'

  • с cd отидете в директорията navbartemp, която току-що намерихте
  • отвори __init_.py файл с нано и променете интервала при_след_стартиране функция до 2 секунди

ако self.cmd_name:
интервал = 5.0 ако self.debugMode else 2.0

  • направете същото в on_settings_save функция
  • Натиснете Cnrt+X, за да излезете и да запазите със същото име
  • Рестартирайте OctoPrint. Много по-добре!
Ssh в Raspberry (чрез PowerShell)
Редактиране on_after_startup
Редактирайте on_settings_save

Бонус 2: Превключвател за ВКЛ./ИЗКЛ

Друга удобна функция, която добавихме към нашия „команден център“ на OctoPrint, беше бутон за включване и изключване на основното захранване на принтера. Все още трябва да стартирате Raspberry през цялото време, за да поддържате сървъра OctoPrint.

Ние използваме a 5V релеен модул който е свързан с Raspberry Pi и GPIO контрол плъгин, който споменахме по-горе. 

Забележка !!!
Тъй като този раздел се занимава с електроника с висока мощност, в случай че имате съмнения какво трябва да направите, моля, намерете професионалист, който може да ви помогне.

От страна на хардуера трябва да свържете релето към Raspberry Pi по следния начин (можете да изберете различни GPIO, стига да промените номера в приставката):

VCC (реле) -> 3,3 V (малина)
GND (реле) -> GND (малина)
IN (реле) -> GPIO14 (малина)

Тогава, изключете захранващия кабел от вашия 3D принтер и главното захранване. Трябва да премахнете най-външния защитен слой и да намерите живия проводник (обикновено червено или кафяво) и го отрежете, така че да можете да поставите релето във веригата (ако отрежете всички проводници, просто ги свържете отново). На релето използвайте общия извод (COM) и нормално отворения извод (НЕ; с „нормално отворен“ релето ще държи веригата изключена, докато не изпратите сигнал към входния извод) – поставете проводниците и завъртете винтовете. Уверете се, че са добре свързани и свържете отново захранващия кабел към принтера.

Хардуерна настройка за превключвателя за включване/изключване

След това отворете OctoPrint / Настройки / GPIO контрол и щракнете върху синята икона плюс вдясно, за да създадете нов бутон. Изберете икона, етикет и подходящия GPIO щифт (същия, към който сте свързали релето; в нашия случай GPIO14). Направете активното състояние НИСКО – поне в нашия случай релето е ВКЛЮЧЕНО, когато GPIO е НИСКО (няма напрежение). Щракнете върху запазване.

Настройване на бутона OctoPrint с „GPIO контрол“

От лявата страна на главния екран трябва да видите a GPIO контрол панел с вашия бутон. Когато го включите, трябва да чуете "щракване" от релето, дори ако принтерът не е свързан към основното захранване. Ако това работи, включете захранването и вижте дали магията ще се случи.

Готовият бутон за захранване

Така че това е всичко за сега. Надяваме се, че това ръководство ще ви помогне да оптимизирате работния си процес. В комбинация с корпуса на 3D принтера процесът на печат става по-забавен и по-малко труден.

Ще се видим в следващата ни публикация в блога!

Честит печат!

Ресурси

Добавянето на Raspberry Pi към кутията на корпуса изисква хубава кутия, в която да го поставите. Можете да намерите нашия персонализиран дизайн за модел 3B в GrabCad – https://grabcad.com/library/raspberry-3b-enclosure-1

Кутия Raspberry Pi модел 3B за печат

Проектирахме и монтажна система за камерата – видеозаписите с изтичане на времето са много по-приятни за гледане, ако отпечатъкът, който гледате, не се движи. С Ender 3 това означава, че камерата трябва да бъде прикрепена към печатното легло. Дизайнът, който можете да видите по-долу, има четири различни оси, които можете да променяте. Той е прикрепен към металната рамка под печатащото легло (трябваше да пробием дупка, за да работи). Друг вариант е да го монтирате на едно от копчетата за нивелиране на леглото. Поръчахме алуминиеви части от цеха за лазерно рязане, тъй като 3D отпечатаните се топят и се огъват при нагряване. 3D модели и DXF чертежи можете да намерите тук – https://grabcad.com/library/raspberry-camera-holder-for-3d-printer-1

Стойка за камера, прикрепена под леглото на принтера
Система за монтиране на камерата върху печатното легло
Система за монтиране на камера, прикрепена към рамката на оста Y под печатащото легло