Naukowcy używają procesu drukowania 3D z robotycznym ramieniem do wytwarzania formy

Streszczenie brzmi: "Technologie druku 3D mają bezpośredni wpływ na wytwarzanie struktur kompozytowych i szczególnie na wytwarzanie form. Formy wytworzone za pomocą dodatkowych metod produkcji znacznie poprawiłyby cechy produktu. Selekcja materiału i warunki procesu związane z produkcją narzędzi do formowania, głównie w kierunku komórek do automatycznego umieszczania włókien (AFP). W tym badaniu głównym celem jest poprawa projektowania i wytwarzania części kompozytowych poprzez złożone formy, a także ocena i poprawa przepływu pracy poprzez opracowanie efektywnego środowiska projektowego dla istniejącej operacji umieszczania włókien. Ramię robota będzie używane do utrzymywania powierzchni drukowania i podążania zaprogramowaną ścieżką drukowania za pomocą stacjonarnej wytłaczarki, aby wytworzyć oprzyrządowanie formy. W niniejszym artykule zostanie przedstawiony przegląd procesu selekcji materiałów do formowania i początkowych prac eksperymentalnych przeprowadzonych w celu zbadania wymaganych właściwości trójwymiarowych form drukowych. "

Zespół wyjaśnił, że formy są wykonane z kompozytów w formie bloków i wyprodukowane przy użyciu laminowania, odlewania lub drukowania 3D w wymaganym kształcie obiektu, zostaną później wykorzystane do formowania. Na potrzeby badania, naukowcy pracowali konkretnie nad wytwarzaniem form do prepregowych struktur kompozytowych i wykorzystaniem automatycznego zaszczepiania włókien (AFP) do "przygotowania prepregu".

"Proces AFP osiąga wysoką wydajność produkcji, lepsza jakość, wydajność i niskie koszty produkcji wielkogabarytowych struktur kompozytowych ", wyjaśniają naukowcy. "Integracja procesu AFP z robotami, prowadzi do wysoce zautomatyzowanego procesu, dalszej redukcji strat materiału, dobrej jakości przetwarzania i powtarzalności."

Istnieje wiele korzyści przy wytwarzaniu form z drukowaniem 3D, w tym zdolność do osiągnąć i łatwo dzielić złożone projekty, mniej odpadów materiałowych, niższe koszty, zautomatyzowaną produkcję i zwiększoną prędkość produkcji. W tym przypadku zespół skupił się na zrobotyzowanej metodzie wytłaczania 3D.

"Integracja metody swobodnego projektowania dodatków produkcyjnych i sterowania wieloosiowego lub robotyki przemysłowej to kolejny krok w kierunku rozwoju w rewolucji druku 3D" naukowcy napisali. "Można uzyskać złożoną konstrukcję projektową, dopasowanie włókna można manipulować i kontrolować stopień niezawodności również podczas dodawania platform ruchomych o wielu osiach. System gantry X-Y ma ograniczenia dotyczące złożonej strukturyukładanie, tłoczenie, nawijanie włókien i automatyzacja. Robotowa trójwymiarowa drukowana forma ma unikalne cechy, takie jak potencjał do wytwarzania lekkich konstrukcji, swoboda stopniowania geometrycznej złożoności, konsolidacja części i optymalizacja projektu. "

Jak pokazano na obrazku po lewej, naukowcy został podzielony na cztery komponenty: projekt części złożonej - obejmujący analizę strukturalną i dystrybucję włókien - planowanie ścieżki narzędzi, konfigurację komórek roboczych oraz aplikacje i prototypowanie.

"Ze względu na złożoność procesu wytwarzania, w tym dwa Ramię robota z wyspecjalizowanymi końcówkami, planowanie ścieżki narzędzia wymaga starannej koordynacji, symulacji ruchu i kolizji "- wyjaśniają naukowcy. "Badania opracowano w oparciu o wymagane systemy, aby zoptymalizować i usprawnić proces planowania ścieżki narzędzia. W ten sposób proces umieszczania włókien staje się częścią lub opcją w bardziej ambitnej linii produkcyjnej, która obejmuje produkcję dodatków i subtraktywne procesy produkcyjne. "

Kompozyty 3D oparte na robotach zostały użyte w celu zwiększenia zarówno elastyczność i potencjał produkcji, a także "solidny system komórek roboczych AM" pomógł wyprodukować geometryczne specyficzne formy, które wspierają AFP. Wynikowa forma jest reprezentatywna dla "negatywnej formy docelowej geometrii".

"Dodatkowy robot produkcyjny wytwarza strukturę formy, a robot AFP umieszcza taśmy prepreg na powierzchni podłoża. Ostatecznie przepływ pracy byłby ciągłym procesem, tak jak ramię robota AM przejdzie do robota AFP w celu umieszczenia taśmy po tym, jak podłoże zostanie zbudowane za pomocą wytłaczarki na platformie roboczej "- wyjaśnił zespół. "Platformę do budowy zaprojektowano i zamontowano na końcu ramienia robota, a wytłaczarkę umieszczono nad platformą w aluminiowej ramie. Zasadniczo wytłaczarka porusza się w kierunku X i Y, a platforma konstrukcyjna porusza się wzdłuż kierunku Z w systemie FDM, tutaj koncepcja skupia się na zamocowaniu wytłaczarki, a ramię robota przymocowane platformą konstrukcyjną porusza się we wszystkich kierunkach względem części design. "

Po tym, jak naukowcy wyprodukowali formę, ramię robota przesunęło się na stronę AFP w celu umieszczenia prepregu.

" Wstępne eksperymenty pokazały, że modelowany kształt AM może faktycznie ustabilizować arkusze prepreg podczas wytwarzania "- podsumowali naukowcy. "Z powyższego opisu i dyskusji wnioski i przyszłe prace są następujące: Robotic additiveProdukcja ma wyjątkową przewagę w złożonym druku geometrii i produkcji na dużą skalę. Można go symulować na platformie oprogramowania do symulacji robotów przemysłowych i oprogramowania do programowania offline. Przyszłe prace polegają na modelowaniu złożonej formy modelowania geometrii w celu wytworzenia struktur kompozytowych. Oprócz opracowania systemu, który wykorzystuje symulację procesu jako narzędzie do projektowania i optymalizacji części AM w odniesieniu do właściwości mechanicznych, cieplnych i elektrycznych właściwości. "