Як настільні 5-осьові 3D-принтери дозволяють виготовляти складні деталі без кількох налаштувань

Повторне затискання заготовки та зміна її положення вже давно є найбільш неприємною універсальною проблемною точкою при обробці прецизійних складних деталей, дошкуляючи інженерам, які займаються обробкою з ЧПК, традиційним 3D-друком і виготовленням прес-форм на замовлення в усіх галузях промисловості. Під час виготовлення компонентів зі складними вигнутими оболонками, закритими внутрішніми потоковими каналами, виточеними геометричними елементами, біонічними решітчастими структурами та асиметричними просторовими контурами ні традиційні три{2}}фрезерні верстати, ні 3-осьові настільні 3D-принтери-початкового рівня не можуть завершити обробку всіх елементів поверхні в одному фіксованому стані затискання. Операторам доводиться неодноразово розбирати заготовку, змінювати кут розміщення, замінювати кріпильні затискачі та скидати орієнтири координат десятки разів відповідно до вимог обробки, що призводить до низки неминучих негативних впливів на ефективність виробництва, точність розмірів, якість поверхні та загальні конструктивні характеристики готових деталей.

Кожне регулювання затиску спричинить крихітні відхилення позиціонування, які постійно накопичуються протягом процедури обробки. Для автомобільних охолоджувальних компонентів, медичних індивідуальних протезів, аерокосмічних аеродинамічних деталей і оптоелектронних точних конструктивних деталей із суворими вимогами допуску в діапазоні від ±0,01 мм до ±0,05 мм сукупні помилки позиціонування безпосередньо призведуть до--розмірів за межами допуску, поганої відповідності складання, неплавної внутрішньої циркуляції рідини та скороченого терміну служби термін служби функціональних компонентів. У той же час повторне регулювання пристосувань і перевертання заготовки споживають величезний допоміжний виробничий час, подовжують весь цикл обробки, а сегментоване формування робить інтегровані загальні конструкції розбитими на кілька зібраних частин, створюючи монтажні проміжки та істотно знижуючи структурну компактність і механічну міцність. Традиційні методи виробництва змушують заводи дотримуватись балансу між точністю обробки, ефективністю виробництва та собівартістю, але жодне зріле рішення не може ідеально вирішити дилему багато-затискань протягом тривалого часу.

Поява настільної технології 3D-друку з п’ятьма осьами-з’єднання повністю руйнує традиційну логіку обробки, яка покладається на повторне позиціонування затискачів. Завдяки синхронному управлінню зв’язком трьох лінійних осей і двох поворотних осей нахилу друкарська платформа може довільно регулювати просторове положення заготовки протягом усього процесу формування, завершуючи інтегроване виготовлення всіх внутрішніх і зовнішніх геометричних елементів складних деталей під єдиним орієнтиром координат без будь-якої вторинної операції розбирання, перевертання чи повторного-затискання. Заснована в 2009 році,Shaoxing Xinshan Science Technology Co., Ltdпонад 17 років зосереджується на дослідженнях і розробках багато{0}}керування рухом і адитивної технології виробництва. За відправну точку дослідження ми взяли больові точки багато{3}}затискання, які виникли під час виробництва наших власних оптоелектронних точних деталей, витратили шість років на оптимізацію алгоритмів сервозв’язку, жорсткості рами та адаптивної технології нарізання та успішно запустили провідну настільну п’яти{4}}систему 3D-друку з єдиною-налаштуванням цілої-деталі. У цій статті детально описано шкоду, яку завдає традиційна обробка з кількома затискачами, внутрішній принцип роботи п’яти-осьових принтерів Xinshan, які реалізують виготовлення складних деталей за одну-налаштування, основні переваги ефективності та якості, приклади практичного промислового застосування, наявний технічний простір для вдосконалення та майбутні напрямки технологічної модернізації.

1. Шкода та приховані витрати, спричинені традиційною обробкою кількох установок

Перш ніж зрозуміти переваги одно{0}}п’яти{1}}друку з п’ятьма осями, необхідно систематично відсортувати всі матеріальні та нематеріальні втрати, спричинені повторним затисканням і зміною позиції в традиційних робочих процесах обробки, які можна розділити на п’ять основних вимірів: втрата точності розмірів, погіршення якості поверхні, зниження ефективності виробництва, погіршення конструктивних характеристик і невидимі витрати праці.

По-перше, кумулятивні помилки позиціонування призводять до нестабільної консистенції розмірів продуктів партії. Кожного разу, коли заготовку розбирають і повторно -затискають, неможливо повністю відновити початкову орієнтиру координат, що призводить до відхилення між фактичним положенням обробки та цифровою моделлю дизайну. Для індивідуальних дрібно{3}}серійних точних деталей різниця в розмірах між окремими заготовками очевидна, що не може відповідати вимогам партійної взаємозамінності промислових складальних ліній. У зв’язку з перевіркою якості велика кількість дефектної продукції буде усунуто через--толерантність, що призведе до прямих матеріальних втрат і виробничих відходів для підприємств.

По-друге, повторне затискання дряпає поверхню заготовки та пошкоджує безперервність вигнутої поверхні. Затискні губки кріплення залишатимуть поглиблення та подряпини на зовнішньому контурі деталей під час кожного процесу кріплення, особливо для гладких вигнутих поверхонь і біонічних органічних контурів, необхідних для розробки медичних і споживчих виробів. Пост-полірування необхідне для усунення слідів затискання, що збільшує додаткові процедури обробки та може порушити оригінальну точність контуру конструкції. Сегментована обробка також призводить до очевидних ліній зрощення в місцях з’єднання розділених частин, що робить загальну поверхню неможливою для безшовного з’єднання.

По-третє, час регулювання допоміжного затиску становить понад 40% від загального виробничого циклу. Оператори витрачають більшу частину робочого часу на коригування позицій пристосування, калібрування початків координат і перевірку міцності затиску, а не на фактичне різання чи друк. Для підприємств, які прагнуть гнучкої науково-дослідної роботи та швидкої ітерації прототипів, надмірний допоміжний час серйозно уповільнює ритм запуску продукту та послаблює конкурентні переваги на ринку.

По-четверте, сегментоване формування пошкоджує загальні механічні характеристики інтегрованих структур. Складні несучі-частини, розроблені як єдине ціле, мають бути розділені на кілька невеликих секцій для обробки через обмеження обладнання, а потім зібрані разом за допомогою болтів, клеїв або застібок. Монтажні зазори стають структурними слабкими місцями, які схильні до ослаблення, розтріскування та деформації під дією тривалого-динамічного навантаження, що значно скорочує термін служби функціональних компонентів.

По-п'яте, кваліфіковані технічні спеціалісти з налагодження приладів спричиняють високі витрати на оплату праці. Для точного багато-позиціонування затискачів потрібен багатий практичний досвід, накопичений операторами протягом багатьох років, і вартість зарплати старших техніків з точної обробки з кожним роком зростає, що збільшує-тривале робоче навантаження малих і середніх-підприємств-виробників.

Усіх вищезазначених проблемних моментів можна повністю уникнути завдяки єдиній-інтегрованій можливості формування настільного п’яти{1}}осьового 3D-друку, розробленій Shaoxing Xinshan Science Technology Co.,Ltd.

2. Внутрішній принцип роботи: як принтери Xinshan 5-Axis реалізують нульове вторинне затискання цілої частини

Основна технічна підтримка для виробництва єдиної-налаштування полягає в трьох взаємно скоординованих основних системах: багато-система синхронного керування сервоприводом, алгоритм-компенсації центральної точки траєкторії RTCP у реальному часі та адаптивна система не-планарного вигнутого нарізання, незалежно розроблена командою Xinshan R&D. Повний механізм роботи розділений на п'ять чітких кроків, які легко зрозуміти для інженерів:

Крок 1: одноразове-виправлення контрольних показників перед початком друку. Нижня пластина для друку заготівлі закріплюється на подвійній поворотній платформі, що перекидається, за допомогою простого універсального кріплення лише один раз на початковому етапі виробництва. Після завершення калібрування початку координат система координат контрольної точки заблокована назавжди протягом усього процесу друку, і жодне розбирання пристосування, скидання контрольної точки чи виймання-заготовки не виконуватимуться, доки вся деталь не буде повністю надрукована та сформована.

Крок 2: Система нарізки планує просторові шляхи нанесення на основі геометричних особливостей заготовки. На відміну від фіксованого горизонтального шарування традиційних принтерів, алгоритм аналізує вектор просторової нормалі кожної вигнутої поверхні, виступу, внутрішньої порожнини та виточення 3D-моделі, розділяє заготовку на безперервні вигнуті просторові шари та формулює оптимальний кут нанесення сопла для кожного шару.

Крок 3: Подвійні поворотні осі динамічно регулюють положення заготовки синхронно з рухом сопла. Під час екструзії та укладання витратних матеріалів лінійні осі X/Y/Z рухають сопло для друку горизонтально та вертикально, а дві поворотні осі під платформою синхронно обертають і нахиляють заготовку в реальному часі. Незалежно від того, які складні підвішені геометричні елементи потрібно надрукувати, обладнання завжди регулює кут заготовки, щоб утримувати формувальну поверхню під оптимальним кутом нанесення 35 градусів відносно сопла, щоб матеріали можна було стабільно укладати без допоміжних опор.

Крок 4: Алгоритм RTCP усуває помилки руху підключення в режимі реального часу. Під час високошвидкісного-координованого руху за кількома{3}}осьами зазори механічної трансмісії призведуть до незначних відхилень траєкторії; Вбудована-система компенсації центральної точки-в режимі реального{5}}часу Xinshan постійно відстежує стан руху кожної осі за допомогою сервокодувальників, автоматично обчислює значення відхилення та коригує траєкторії руху протягом мікросекунд, гарантуючи, що фактичне положення укладання матеріалу повністю відповідає запланованому шляху.

Крок 5: інтегроване формування-частини, виконане за єдиним тестом. Після того, як усі просторові вигнуті шари нанесені послідовно, повна частина комплексу виймається з платформи для пост-обробки. Весь процес формування ніколи не порушує початковий фіксований контрольний показник, і взагалі немає сукупної помилки позиціонування, спричиненої повторним затисканням.

Обладнання використовує інтегровану-литу під тиском рамну раму з алюмінієвого сплаву, яка ефективно пригнічує вібрацію, що виникає під час багато-високошвидкісного{2}}переміщення з’єднання, забезпечуючи довгострокову-безперервну стабільність точності формування. Вбудовані -захисні двері з блокуванням безпеки відповідають стандартам безпеки на робочому місці ЄС, їх можна безпечно розміщувати в офісних приміщеннях, університетських лабораторіях і конструкторських кімнатах для досліджень і розробок без спеціальної трансформації промислової безпеки.

3. Основні комплексні переваги одноразового-виробництва завдяки 5-осьовому друку

У поєднанні з тисячами ящиків для друку заготовок, які обслуговуються клієнтами по всьому світу, Xinshan узагальнює шість незамінних конкурентних переваг, які надає інтегрована технологія формування-з єдиною установкою:

Нульова кумулятивна помилка позиціонування, узгодженість допусків розмірів на мікрон-рівні: повторювані відхилення позиціонування повністю виключені, повторювана точність позиціонування всієї заготовки досягає ±0,008 мм, а однорідність розмірів партійно надрукованих деталей значно покращена, що зменшує кількість бракованих виробів більш ніж на 60%;

Бездоганна загальна інтеграція вигнутих поверхонь без слідів з’єднання: весь компонент сформовано як єдине ціле, немає сегментованого складання, гладкі вигнуті поверхні не мають затискачів і ліній з’єднання, робоче навантаження після-полірування зменшено більш ніж на 50%;

Значно скорочений загальний виробничий цикл: повністю заощаджується час на регулювання допоміжного затиску, загальна ефективність обробки складних вигнутих деталей підвищується на 40%~70% у порівнянні з традиційним 3-осьовим друком і обробкою з багаторазовим затисканням з ЧПУ;

Оптимізована загальна структурна механічна міцність: інтегроване формування зберігає оригінальний загальний шлях передачі напруги, стійкість до розтягування та втоми деталей збільшено більш ніж удвічі порівняно зі зібраними сегментованими конструкціями;

Значне зниження витрат на налаштування допоміжних пристосувань: немає потреби розробляти спеціалізовані пристосування для позиціонування різних складних заготовок, універсальне пристосування платформи може адаптуватися майже до всіх звичайних розмірів заготовок, заощаджуючи витрати на проектування пристосувань і виробництво для підприємств;

Нижній технічний поріг для операторів: досвід налагодження складних приладів більше не потрібен, інженерам потрібно лише завершити імпорт цифрової моделі та налаштувати параметри, щоб почати друк, зменшуючи залежність від старших кваліфікованих техніків.

4. Випадки практичного промислового застосування технології формування одиночної-установки

Випадок 1: прототип інтегрованої системи охолодження автомобільної батареї New Energy

Німецький постачальник автомобілів з новою енергією співпрацював із Xinshan для розробки вигнутих закритих трубопроводів охолодження для акумуляторних батарей. Традиційна обробка вимагає розділення трубопроводу на верхню та нижню половини оболонок для окремого фрезерування з ЧПК, а потім їх ущільнення та складання, що призводить до монтажних проміжків усередині трубопроводу, що впливає на ефективність теплообміну рідини. Завдяки застосуванню п’яти{2}}одно{3}}налаштування друку Xinshan весь закритий вигнутий бігунок формується одночасно без будь-яких сегментів і опор, внутрішній трубопровід гладкий і безшовний, ефективність розсіювання тепла збільшена на 18%, а цикл доставки прототипу скорочено з 12 до 4 днів.

Випадок 2: оптимізоване за топологією вигнуте навантаження-підшипникове з’єднання роботизованої руки

Канадському робототехнічному стартапу потрібні були легкі вигнуті з’єднання для роботів, що працюють разом. Традиційний 3-осьовий друк вимагав великої кількості опорних структур у вигнутих порожнинах, а після-видалення опори легко пошкоджувало структурні елементи тонкої-стінки. Одна-налаштування п’яти-друку завершена підтримка-вільного інтегрованого формування за одним тестом, вага з’єднання зменшилася на 22%, зберігаючи-несучу здатність, а тривалий зворотно-поступальний рух не мав явища структурного ослаблення.

Випадок 3: індивідуальна медична модель гнізда протеза людини

Австралійські стоматологічні та медичні лабораторії використовують наше обладнання для друку персоналізованих гнізд протезів для людей з ампутованими кінцівками. Біонічний вигнутий контур людського тіла надзвичайно складний із численними підрізаними елементами; повторна обробка затисканням не може точно відновити органічні вигнуті характеристики. Одноразовий-конформний друк ідеально відповідає контурам кінцівок людини, що значно покращує пацієнтам комфорт при носінні протезів.

Випадок 4: Теплорозсіювальна оболонка сценічної оптоелектронної сценічної лампи Xinshan In-

Ми вперше застосували цю єдину-технологію налаштування до нашого власного виробництва освітлювального обладнання для сцени, інтегрально сформувавши спеціальні{1}}форми для розсіювання тепла та внутрішні канали повітряної конвекції корпусів ламп, скоротивши ітераційний цикл досліджень і розробок нової лампи вдвічі та накопичивши велику кількість технологічних даних для вивчення глобальних виробників оптоелектронного обладнання.

5. Поточні недоліки та плани постійної оптимізації від Xinshan

На нинішньому технічному етапі одно{0}}налаштований п’яти{1}}друк все ще має кілька областей, які потребують ітераційного оновлення:

Швидкість динамічного відгуку подвійних поворотних осей потребує точного-налаштування під час друку над-мікродрібних точних деталей;

Час обчислення шляху для над-великих-моделей із багато-порожнинами є відносно довгим;

Стандартизовані пакети параметрів процесу для ультра-компонентів спеціальної-форми з тонкими стінками потребують подальшого доповнення.

Щоб вирішити ці проблеми, наша команда досліджень і розробок програмного забезпечення щокварталу оновлює плагіни для нарізки CAM і мікропрограму системи, оптимізує алгоритми роботи траєкторії, щоб скоротити час обчислення, і постійно розширює бібліотеку промислових параметрів, охоплюючи більше спеціальних структурних особливостей. Ми надаємо безкоштовні послуги дистанційного технічного налагодження та налаштування параметрів для всіх глобальних закордонних партнерів для адаптації до персоналізованих вимог виробництва заготовок.

6. Майбутній напрямок технологічної еволюції одно-установленого багато-виробництва

У наступні 3–5 років технологія формування настільних п’яти-одноосьових-налаштувань розвиватиметься в трьох основних напрямках: по-перше, буде популяризуватися інтелектуальне швидке визначення траєкторії та замкнутий{4}}цикл-компенсації помилок-часу. Штучний інтелект автоматично створює ексклюзивні траєкторії друку відповідно до геометричних типів заготовки, а система візуального виявлення контролює весь процес друку, щоб у режимі реального часу виправляти дрібні помилки, ще більше покращуючи точність і стабільність формування. По-друге, адитивна-субтрактивна гібридна обробка буде інтегрована в те саме обладнання. Після одноразового{10}}налаштування друку формування вбудований-мікро-модуль фрезерування автоматично завершує точне обрізання та полірування поверхні, реалізуючи-одночасну обробку від цифрової моделі до готової прецизійної деталі. По-третє, буде запущено портативне мініатюрне п’яти{15}}осне обладнання, яке адаптується до-вимог швидкого прототипування на місці будівельної техніки, польової медичної допомоги та сценаріїв наукових досліджень на відкритому повітрі, всебічно розширюючи межі застосування цифрового виробництва-з єдиною установкою.

 

Висновок і CTA

Усунення повторного позиціонування затискання заготовки є неминучою тенденцією модернізації прецизійного цифрового виробництва, і технологія п’ятиосьового 3D-друку для настільних ПК уперше задовольнила цей попит за доступною ціною для настільних ПК. Це не тільки всебічно покращує точність обробки, ефективність виробництва та механічні характеристики деталей, але й значно знижує довгострокові-експлуатаційні витрати підприємства та технічний поріг.

Як професійний китайський виробник багато-адитивного виробничого обладнання з багатим досвідом промислової перевірки,Shaoxing Xinshan Science Technology Co., Ltdнаполягає на тому, щоб практичні виробничі вимоги клієнтів були основою для постійної оптимізації продуктивності продукту та глобальної системи після{0}}продажного обслуговування. Запрошуємо глобальних корпоративних покупців, менеджерів із закупівель університетських лабораторій і галузевих дистриб’юторів відвідати наш офіційний веб-сайтxslightings.comщоб завантажити технічні специфікації обладнання, переглянути відео про одно-налаштування друку та подати заявку на безкоштовне тестування зразків друку. Наша міжнародна бізнес-команда надасть вам індивідуальні виробничі рішення протягом 24 робочих годин.