Публикувано на Оставете коментар

Съединяване на 3D отпечатани части

Съединяване на 3D отпечатани части

 

В предишните статии разгледахме много сценарии, при които 3D принтирането може успешно да произвежда части с все по-сложни изисквания. Всички тези части обаче бяха относително малки (максимум 300 mm за най-дългата страна) поради ограничения размер на повечето 3D принтери. Дойде време (буквално) да започнем да мислим нестандартно. С помощта на така наречения „пистолет за заваряване на пластмаса“ можем да съединим множество малки части в една по-голяма и да създадем пластмасови обекти, които е невъзможно да се отпечатат наведнъж. Въпреки че има условия и ограничения за този метод, той със сигурност може да разшири възможностите на 3D принтера.

 

Как работи

 

Пистолетът за заваряване е доста прост, но гениален инструмент. Той използва електрически ток, за да нагрее специално оформени метални жици. След като са достатъчно горещи, те се притискат в пластмасата, която се топи около жицата и я държи на място. Обикновено теленото накрайник разтопява и двете пластмасови части, разположени една до друга и по този начин създава здрава метална връзка между тях. Единично накрайник за тел може да не е достатъчно, за да поддържа необходимата форма, така че се използват много накрайници, създавайки метален шев по двете оригинални части. Въпреки малкия размер на битовете, шевът, създаден по този начин, е изненадващо здрав – телените битове са надеждно включени в пластмасата и самата тел (около 1 mm диаметър) е невъзможно да се скъса с голи ръце. Има телове с различни форми и размери – в зависимост от приложението, геометрията и изискванията за натоварване могат да се използват по-широки или по-тесни битове, почти прави или с профил под прав ъгъл.

 

 

Въпреки нагряването на теловете до няколкостотин градуса по Целзий, инструментът е доста безопасен. Той използва съпротивлението на проводника, за да генерира топлина и самият пистолет остава хладен.

 

 

Приложения

Тъй като системите от всякакъв вид стават все по-сложни, една от най-добрите стратегии за справяне е модулният дизайн. По-малките компоненти и подсистеми са по-лесни за управление, поддръжка, производство и подмяна при повреда. Този подход може да бъде приложен и в задачите за 3D печат – множество подсекции на голяма част могат да бъдат отпечатани отделно и след това да бъдат съединени със заваръчния пистолет. Наличието на множество принтери под ръка означава, че много от модулите могат да бъдат отпечатани наведнъж, което ефективно намалява общото време за производство.

Подходящ обект за метода, описан в статията, са всички видове машинни кутии. Тъй като съвременните работилници разработват все повече и повече многоосни машини и роботизирани ръце, корпусите със сложна геометрия ще се срещат по-често. С възможността за съединяване на множество части в един краен обект, дори малък 3D принтер може да се използва за създаване на пластмасови капаци за 2-метров робот.

Друга важна забележка – при използване на заваръчния пистолет могат да се съединяват части от различни пластмаси. Тъй като телените накрайници разтопяват двете части едновременно, но независимо, стига температурата на топене на пластмасата да може да бъде съпоставена с пистолета, може да се направи сигурна връзка. Това очевидно е предимство пред други методи на свързване като залепване или действително заваряване.

 

Заключение

Надяваме се, че тази статия е била полезна и ще ви позволи да достигнете нови висоти във вашето пътуване с 3D печат. 

Ако някога имате нужда от съвет или доверен партньор, не се колебайте да се свържете с нас в социалните мрежи или чрез нашия уебсайт!

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!