서보 모터와 로봇은 적층 응용 분야를 변화시키고 있습니다. 적층 및 절삭 제조를 위한 로봇 자동화 및 고급 모션 제어를 구현할 때 최신 팁과 응용 프로그램은 물론, 다음 단계인 하이브리드 적층/감산 방법에 대해 알아보세요.
자동화의 발전
사라 멜리시(Sarah Mellish)와 로즈메리 번스(RoseMary Burns)
전력 변환 장치, 모션 제어 기술, 극도로 유연한 로봇 및 기타 고급 기술의 다양한 조합의 채택은 산업 환경 전반에 걸쳐 새로운 제조 프로세스의 급속한 성장을 촉진하는 요인입니다. 프로토타입, 부품 및 제품 제작 방식을 혁신하는 적층 및 절삭 가공은 제조업체가 경쟁력을 유지하기 위해 추구하는 효율성과 비용 절감을 제공한 두 가지 주요 사례입니다.
3D 프린팅이라고도 불리는 적층 가공(AM)은 일반적으로 디지털 설계 데이터를 활용하여 아래에서 위로 재료를 한 층씩 융합하여 견고한 3차원 물체를 만드는 비전통적인 방법입니다. 낭비 없이 NNS(Near-Net-Shape) 부품을 만드는 경우가 많으며, 기본 및 복잡한 제품 설계 모두에 AM을 사용하는 것은 자동차, 항공우주, 에너지, 의료, 운송 및 소비재와 같은 산업에 계속해서 침투하고 있습니다. 반대로, 절삭 공정에서는 고정밀 절단이나 기계 가공을 통해 재료 블록에서 단면을 제거하여 3D 제품을 만드는 작업이 수반됩니다.
주요 차이점에도 불구하고 적층 공정과 절삭 공정은 제품 개발의 다양한 단계를 보완하는 데 사용될 수 있으므로 항상 상호 배타적인 것은 아닙니다. 초기 컨셉 모델이나 프로토타입은 적층 프로세스를 통해 생성되는 경우가 많습니다. 해당 제품이 완성되면 더 큰 배치가 필요할 수 있으며, 이는 절삭 가공의 문을 열어줍니다. 최근에는 시간이 중요한 곳에서는 손상/마모된 부품을 수리하거나 더 짧은 리드 타임으로 고품질 부품을 생성하는 등의 작업에 하이브리드 덧셈/뺄셈 방법이 적용되고 있습니다.
자동 전달
엄격한 고객 요구 사항을 충족하기 위해 제작자는 부드럽지만 강한 모재로 시작하여 단단하고 마모되는 재질로 마무리하면서 스테인레스 스틸, 니켈, 코발트, 크롬, 티타늄, 알루미늄 및 기타 이종 금속과 같은 다양한 와이어 재료를 부품 구성에 통합하고 있습니다. -저항성 구성 요소. 이는 특히 WAAM(와이어 아크 적층 제조), WAAM 절삭, 레이저 클래딩 절삭 또는 장식과 같은 프로세스와 관련된 적층 및 절삭 가공 환경에서 생산성과 품질을 높이기 위한 고성능 솔루션의 필요성이 부분적으로 드러났습니다. 주요 내용은 다음과 같습니다:
- 고급 서보 기술:치수 정밀도 및 마감 품질과 관련된 출시 기간 목표와 고객 설계 사양을 더 잘 해결하기 위해 최종 사용자는 최적의 모션 제어를 위한 서보 시스템(스테퍼 모터 이상)을 갖춘 고급 3D 프린터로 눈을 돌리고 있습니다. Yaskawa의 Sigma-7과 같은 서보 모터의 이점은 적층 공정을 근본적으로 바꾸어 제조업체가 프린터 강화 기능을 통해 일반적인 문제를 극복하도록 돕습니다.
- 진동 억제: 견고한 서보 모터는 진동 억제 필터와 공진 방지 및 노치 필터를 자랑하여 스테퍼 모터 토크 리플로 인해 발생하는 시각적으로 불쾌한 계단식 선을 제거할 수 있는 매우 부드러운 모션을 생성합니다.
- 속도 향상: 스테퍼 모터를 사용하는 3D 프린터의 평균 인쇄 속도보다 두 배 이상 빠른 350mm/초의 인쇄 속도가 이제 현실이 되었습니다. 마찬가지로 회전식 서보를 사용하면 최대 1,500mm/초의 이동 속도를 달성할 수 있으며 선형 서보 기술을 사용하면 최대 5미터/초의 이동 속도를 얻을 수 있습니다. 고성능 서보를 통해 제공되는 매우 빠른 가속 기능을 통해 3D 프린트 헤드를 올바른 위치로 더 빠르게 이동할 수 있습니다. 이는 원하는 마감 품질에 도달하기 위해 전체 시스템 속도를 늦춰야 하는 필요성을 줄이는 데 큰 도움이 됩니다. 결과적으로 모션 제어의 이러한 업그레이드는 최종 사용자가 품질 저하 없이 시간당 더 많은 부품을 제작할 수 있음을 의미합니다.
- 자동 튜닝: 서보 시스템은 자체 맞춤형 튜닝을 독립적으로 수행할 수 있으므로 프린터 메커니즘의 변화나 인쇄 프로세스의 변화에 적응할 수 있습니다. 3D 스테퍼 모터는 위치 피드백을 활용하지 않으므로 프로세스 변화나 기계적 불일치를 보상하는 것이 거의 불가능합니다.
- 인코더 피드백: 절대 인코더 피드백을 제공하는 견고한 서보 시스템은 원점 복귀 루틴을 한 번만 수행하면 되므로 가동 시간이 늘어나고 비용이 절감됩니다. 스테퍼 모터 기술을 사용하는 3D 프린터에는 이 기능이 없으며 전원을 켤 때마다 원위치로 돌아가야 합니다.
- 피드백 감지: 3D 프린터의 압출기는 종종 인쇄 과정에서 병목 현상을 일으킬 수 있으며 스테퍼 모터에는 압출기 걸림(전체 인쇄 작업을 망칠 수 있는 결함)을 감지하는 피드백 감지 기능이 없습니다. 이를 염두에 두고 서보 시스템은 압출기 백업을 감지하고 필라멘트 벗겨짐을 방지할 수 있습니다. 뛰어난 인쇄 성능의 핵심은 고해상도 광학 인코더를 중심으로 한 폐쇄 루프 시스템을 갖추는 것입니다. 24비트 절대 고해상도 인코더가 장착된 서보 모터는 축 및 압출기 정확도를 높이고 동기화 및 걸림 방지를 위해 16,777,216비트의 폐쇄 루프 피드백 분해능을 제공할 수 있습니다.
- 고성능 로봇:견고한 서보 모터가 적층 애플리케이션을 변화시키는 것처럼 로봇도 마찬가지입니다. 우수한 경로 성능, 견고한 기계 구조 및 높은 먼지 보호(IP) 등급이 고급 진동 방지 제어 및 다축 기능과 결합되어 매우 유연한 6축 로봇을 3D 활용과 관련된 까다로운 프로세스에 이상적인 옵션으로 만듭니다. 프린터뿐만 아니라 절삭 가공 및 하이브리드 적층/ 절삭 방법에 대한 주요 작업도 포함됩니다.
3D 프린팅 기계에 보완적인 로봇 자동화는 다중 기계 설치에서 인쇄된 부품의 처리를 광범위하게 수반합니다. 인쇄기에서 개별 부품을 언로드하는 것부터 다중 부품 인쇄 주기 후 부품을 분리하는 것까지 매우 유연하고 효율적인 로봇은 더 높은 처리량과 생산성 향상을 위해 작업을 최적화합니다.
기존 3D 프린팅의 경우 로봇은 파우더 관리, 필요할 때 프린터 파우더 재충전, 완성된 부품에서 파우더 제거에 도움이 됩니다. 마찬가지로 연삭, 연마, 디버링 또는 절단과 같은 금속 가공에서 널리 사용되는 기타 부품 마감 작업도 쉽게 수행할 수 있습니다. 품질 검사는 물론 포장 및 물류 요구 사항도 로봇 기술을 통해 정면으로 충족되므로 제작자는 맞춤형 제작과 같은 고부가가치 작업에 시간을 집중할 수 있습니다.
더 큰 공작물의 경우 장거리 산업용 로봇이 3D 프린터 압출 헤드를 직접 이동하도록 도구화되고 있습니다. 이는 회전 베이스, 포지셔너, 선형 트랙, 갠트리 등과 같은 주변 도구와 함께 공간 자유 형식 구조를 만드는 데 필요한 작업 공간을 제공합니다. 전통적인 고속 프로토타입 제작 외에도 로봇은 대용량 자유형 부품, 금형 형태, 3D 형태의 트러스 구조 및 대형 하이브리드 부품을 제작하는 데 사용되고 있습니다. - 다축 기계 컨트롤러:단일 환경에서 최대 62개의 모션 축을 연결하는 혁신적인 기술을 통해 이제 적층, 절삭 및 하이브리드 프로세스에 사용되는 광범위한 산업용 로봇, 서보 시스템 및 가변 주파수 드라이브의 다중 동기화가 가능해졌습니다. 이제 전체 장치 제품군은 PLC(프로그래밍 가능 논리 컨트롤러) 또는 MP3300iec와 같은 IEC 기계 컨트롤러의 완전한 제어 및 모니터링 하에서 원활하게 함께 작동할 수 있습니다. MotionWorks IEC와 같은 동적 61131 IEC 소프트웨어 패키지로 프로그래밍되는 경우가 많으며 이와 같은 전문 플랫폼은 익숙한 도구(예: RepRap G 코드, 기능 블록 다이어그램, 구조화된 텍스트, 래더 다이어그램 등)를 활용합니다. 손쉬운 통합을 촉진하고 기계 가동 시간을 최적화하기 위해 베드 레벨링 보상, 압출기 압력 사전 제어, 다중 스핀들 및 압출기 제어와 같은 기성 도구가 포함되어 있습니다.
- 고급 제조 사용자 인터페이스:3D 프린팅, 형상 절단, 공작 기계 및 로봇 공학 분야의 애플리케이션에 매우 유용한 다양한 소프트웨어 패키지는 사용자 정의가 쉬운 그래픽 기계 인터페이스를 신속하게 제공하여 더 큰 다양성을 제공할 수 있습니다. 창의성과 최적화를 염두에 두고 설계된 Yaskawa Compass와 같은 직관적인 플랫폼을 통해 제조업체는 화면을 브랜드화하고 쉽게 맞춤화할 수 있습니다. 핵심 기계 속성을 포함하는 것부터 고객 요구 사항을 수용하는 것까지 프로그래밍이 거의 필요하지 않습니다. 이러한 도구는 사전 구축된 C# 플러그인의 광범위한 라이브러리를 제공하거나 사용자 정의 플러그인을 가져올 수 있도록 지원하기 때문입니다.
위로 상승
단일 덧셈 및 뺄셈 공정이 여전히 널리 사용되고 있지만 향후 몇 년 동안 하이브리드 덧셈/뺄셈 방법으로 더 큰 변화가 일어날 것입니다. 2027년까지 연평균 성장률(CAGR) 14.8%로 성장할 것으로 예상1, 하이브리드 적층 제조 기계 시장은 진화하는 고객 요구에 부응할 준비가 되어 있습니다. 경쟁에서 앞서기 위해 제조업체는 운영에 있어 하이브리드 방식의 장단점을 따져봐야 합니다. 필요에 따라 부품을 생산하고 탄소 배출량을 크게 줄일 수 있는 하이브리드 적층/감산 공정은 몇 가지 매력적인 이점을 제공합니다. 그럼에도 불구하고 이러한 프로세스에 대한 고급 기술은 간과되어서는 안 되며, 생산성과 제품 품질을 높이기 위해 작업 현장에 구현되어야 합니다.
게시 시간: 2021년 8월 13일
