چگونه پرینت سه بعدی فلزی وزن ربات های انتهایی را کاهش می دهد؟

هر گرم اضافی در انتهای بازوی ربات هزینه عملکرد دارد. ابزار سنگین‌تر موتورهای بزرگ‌تر را مجبور می‌کند، مصرف انرژی را افزایش می‌دهد، زمان چرخه را کاهش می‌دهد و باری را که باید متعلق به قطعه کار باشد، می‌دزدد. بسیاری از مهندسان در نهایت متوجه می شوند که کشش واقعی پایه ربات نیست، بلکه عامل پایانی است - گیره، فیکسچر یا نگهدارنده ابزار که در دورترین فاصله از مفصل قرار دارد. براکت ها و گیره های CNC جامد معمولی اغلب بیش از حد مهندسی شده اند و جرم را دقیقاً در جایی که بازوی اهرمی اثر خود را چند برابر می کند، اضافه می کنند.

پرینت سه بعدی فلزیراهی مستقیم برای خروج از آن دام ارائه می دهد. با قرار دادن مواد تنها در جایی که بارهای ساختاری به آن نیاز دارند، این فرآیند باعث تولید اثرگرهای انتهایی سبک تر و در عین حال به اندازه کافی سفت می شود. نتیجه این است که محموله قابل استفاده بیشتر، شتاب سریعتر و مصرف انرژی کمتر در حالی که هنوز هم نیازهای قدرت و دقت ربات های صنعتی و پزشکی را برآورده می کند.

یک بازوی ربات مانند یک اهرم بلند رفتار می کند. جرم در مچ دست با رسیدن کامل بازو تقویت می شود. افزودن یک کیلوگرم ابزار می تواند چندین برابر این مقدار گشتاور موتور و سفتی ساختاری دورتر در زنجیره سینماتیک را طلب کند. پیامدهای عملی به سرعت ظاهر می شوند: کاهش شتاب، انحراف مسیر بیشتر در سرعت، مصرف انرژی بیشتر، و حاشیه بار باقی مانده کمتر برای قطعه واقعی.

افکتورهای انتهایی سنتی ساخته شده توسط ماشینکاری تفریقی معمولاً بلوک های جامد یا طرح های دیواره ضخیم هستند. آنها قابل اعتماد هستند اما به ندرت برای جرم بهینه شده اند. در سلول‌های پرسرعت یا با دقت بالا، وزن اضافی به صورت زمان‌های چرخه کندتر یا نیاز به گام برداشتن به یک ربات بزرگتر و گران‌تر نشان داده می‌شود. بنابراین کاهش جرم انتهای بازو یکی از بالاترین اهرم‌های بهبود موجود برای یکپارچه‌کننده‌های سیستم و کاربران ربات است.

چاپ سه بعدی فلزی چهار رویکرد طراحی را امکان پذیر می کند که ماشینکاری معمولی نمی تواند به راحتی با آنها مطابقت داشته باشد.

ساختارهای توخالی و مشبک مواد را از مناطق کم تنش حذف می کنند و در عین حال دیوارهای بیرونی را برای سختی و اتصالات نصب نگه می دارند. نرم افزار بهینه سازی توپولوژی شکل را بیشتر اصلاح می کند و مواد را فقط در امتداد مسیرهای بار اولیه نگه می دارد. نتیجه اغلب قسمتی با ظاهر ارگانیک است که 30 تا 50 درصد سبک‌تر از طرح جامد اصلی است، اما همچنان محدودیت‌های انحراف و تنش را برآورده می‌کند.

یکپارچه سازی قطعات یکی دیگر از دستاوردهای مهم است. براکت‌ها، آداپتورها و بست‌ها را می‌توان در یک قطعه چاپی ادغام کرد. اتصالات کمتر به معنای وزن کم مونتاژ، تحمل کمتر و نقاط شکست کمتر است.

کانال های داخلی را می توان مستقیماً در قطعه ساخت. خطوط پنوماتیک یا خلاء که زمانی به لوله‌ها و اتصالات خارجی نیاز داشتند، اکنون در داخل ساختار اجرا می‌شوند و پاکت را تمیز می‌کنند و جرم اضافی را از بین می‌برند.

این تکنیک ها در حال حاضر در گیره ها و فیکسچرهای تولیدی استفاده می شوند. پروژه های مستند کاهش وزن را در محدوده 30 تا 47 درصد برای اثرگذارهای انتهایی نشان می دهند در حالی که حداکثر تنش و جابجایی را در محدوده قابل قبول نگه می دارند. صرفه جویی دقیق به طرح اصلی، محفظه بار و مواد انتخابی بستگی دارد، اما جهت ثابت است: جرم قابل توجهی را می توان بدون از بین بردن استحکام عملکردی حذف کرد.

انتخاب مواد با چگالی و نسبت استحکام به وزن شروع می شود.

آلومینیوم کمترین جرم را دارد و اغلب اولین انتخاب برای گیره های صنعتی با سرعت بالا است. تیتانیوم در وسط چگالی قرار می گیرد اما استحکام ویژه و زیست سازگاری عالی را ارائه می دهد. همان آلیاژهای تیتانیوم مورد استفاده برایایمپلنت های پزشکی با چاپ سه بعدی آلیاژهای تیتانیومقبلاً خواص مکانیکی ثابت، کنترل کیفیت پودر و قابلیت ردیابی دسته ای را در تولید پزشکی تنظیم شده نشان داده اند. بلوغ این فرآیند مستقیماً به افکتورهای انتهایی ربات جراحی منتقل می شود که باید جرم کم را با قابلیت اطمینان بالا ترکیب کنند.

فولاد ضد زنگ زمانی انتخاب می شود که مقاومت در برابر خوردگی یا استحکام مطلق بیشتر از مجازات وزن باشد.

یک توالی تصمیم گیری ساده:

کمترین جرم → آلومینیوم را اولویت بندی کنید

نیاز به استحکام بالاتر یا زیست سازگاری درجه پزشکی → تیتانیوم

محیط تهاجمی یا حداکثر دوام → فولاد ضد زنگ

تولید افزودنی های فلزی قطعاتی به شکل شبکه نزدیک با هندسه داخلی پیچیده تولید می کند، اما رابط های مهم اغلب هنوز نیاز به ماشین کاری دارند. صندلی‌های بلبرینگ، سطوح مکان‌یابی دقیق، سوراخ‌های رزوه‌دار، و وجه‌های آب‌بندی معمولاً برای رسیدن به تلرانس و پرداخت سطح مورد نیاز، یک پاس نهایی CNC دریافت می‌کنند.

این رویکرد ترکیبی به ویژه در رباتیک پزشکی و جراحی رایج است.محصولات پزشکی ماشینکاری CNC دقیقنیاز به کنترل هندسی دقیق و کیفیت سطح صاف در ویژگی های جفت گیری. چاپ ساختار پیچیده سبک وزن و سپس ماشینکاری فقط سطوح کاربردی، بهترین هر دو فرآیند را ترکیب می کند: آزادی طراحی و کاهش جرم از افزودنی، دقت ابعادی از کسر.

یک قانون عملی:

بدنه ارگانیک و بهینه شده با توپولوژی و هر کانال داخلی را چاپ کنید.

رابط های نصب، سوراخ های دقیق و سطوح آب بندی را ماشین کنید.

سطوح خارجی غیر بحرانی را به صورت چاپ شده یا کمی تکمیل کنید.

یک سیستم یکپارچه کننده به یک گیره سبک تری برای سلول بسته بندی با سرعت بالا نیاز داشت. طراحی اصلی آلومینیوم با ماشینکاری CNC 1.85 کیلوگرم وزن داشت و بار قابل استفاده ربات را محدود می کرد. نسخه جدید با بهینه‌سازی توپولوژی بازطراحی شد و با پرینت سه بعدی فلزی در AlSi10Mg تولید شد و به‌دنبال آن پرداخت CNC روی صفحه‌های نصب فک و پورت‌های پنوماتیک انجام شد.

گیره چاپی و ماشینکاری شده با وزن 1.12 کیلوگرم و کاهش وزن 39 درصدی تولید شد. سفتی و نیروی گرفتن در مشخصات اولیه باقی مانده است. زمان چرخه تقریباً 8 درصد بهبود یافته است زیرا ربات می تواند با شدت بیشتری شتاب بگیرد و سرعتش را کاهش دهد. از آن زمان، همان فرآیند ترکیبی برای چندین نگهدارنده ابزار جراحی-ربات که در آنها کیفیت جرم و سطح آن بسیار مهم است، اعمال شده است.

همه مغازه ها به طور یکسان برای کار نهایی کارکردی آماده نیستند. قبل از ثبت سفارش موارد زیر را تایید کنید:

گواهی مواد و قابلیت ردیابی پودر (به ویژه برای تیتانیوم مهم)

امکان ارائه گزارش تست تراکم و خواص مکانیکی

پس از پردازش داخلی یا کاملاً کنترل شده (تسکین استرس، HIP در صورت نیاز، تکمیل CNC)

قابلیت بازرسی ابعادی (CMM یا CT برای کانال های داخلی)

انتقال از نمونه اولیه به مقادیر کم و عمده فروشی را تجربه کنید

ارتباط شفاف در مورد دستورالعمل‌های طراحی برای افزودنی و زمان‌های تحویل واقعی

یک سازنده پرینت سه بعدی فلزی یا کارخانه چاپ سه بعدی فلزی این نکات را آشکارا مورد بحث قرار می دهد و اغلب قبل از نقل قول، یک بررسی طراحی برای افزودنی ارائه می دهد. به دنبال تامین کنندگانی باشید که قبلاً خدمات چاپ سه بعدی فلزی سفارشی را برای روباتیک یا دستگاه های پزشکی انجام می دهند. نظم و انضباط فرآیند ادامه دارد.

تولید افزودنی های فلزی برای اجزای ساختاری همچنان مورد پذیرش رسمی قرار می گیرد. استانداردهای فرآیند، مشخصات مواد، و الزامات سیستم کیفیت که برای ایمپلنت های هوافضا و پزشکی ایجاد شده اند به طور فزاینده ای در رباتیک صنعتی اعمال می شوند. این مجموعه رو به رشد از رویه شناخته شده، خطر را برای کاربران نهایی که تأثیرگذارهای نهایی چاپ شده را مشخص می کنند، کاهش می دهد.

اگر در حال ارزیابی یک افکتور انتهایی سبک‌تر هستید، طراحی فعلی یا الزامات عملکرد را ارسال کنید. یک بررسی کوتاه طراحی برای افزودنی و کاهش وزن می‌تواند صرفه‌جویی واقع‌بینانه و بهترین فرآیند چاپ سه‌بعدی فلز خالص، ترکیبی با CNC یا ترکیبی را قبل از اینکه به ابزارسازی یا تولید متعهد شوید، نشان دهد.