Jak przygotować zestaw do drukowania przestrzennego? Ed Novak z Trio Motion Technology skupia się na projektowaniu systemów ruchu, tak aby zapewnić wysoką jakość i produktywność druku 3D. Zapraszamy do przeczytania artykułu, który opisuje jak wygląda efektywne sterowanie ruchem w drukarce 3D za sprawą kontrolerów ruchu od Trio Morion.
Najpopularniejszym rodzajem druku przestrzennego, znanym również jako druk 3D, jest technologia FFF, czyli produkowanie modeli z roztopionych włókien (filamentu). Materiał konstrukcyjny jest stapiany do stanu plastycznego, a następnie wytłaczany przez dyszę. To wytłaczanie, czyli „drukowanie”, zachodzi według wcześniej ustalonego wzoru, przy czym każda warstwa budowana jest w trzech rozmiarach, tworząc obiekt. Drukarka 3D może tworzyć przeróżne skomplikowane elementy, aż po rzeczy jadalne. Dlatego materiałem wypełniającym może być zarówno sproszkowany metal jak i czekolada. Niezależnie od wymaganego materiału i kształtu, technika druku 3D jest taka sama.
Zaletą druku 3D jest szybka i tania produkcja prototypów. Druk ten umożliwia produkcję bez konieczności rozbudowy oprzyrządowania. Co ważne, technika pozwala na znacznie szybsze wprowadzanie zmian w celu aktualizacji projektów. Od niedawana drukarka 3D zaczyna być wykorzystywany w produkcji seryjnej, szczególnie tam, gdzie tradycyjne techniki nie są już tak skuteczne. Przykładowo, jeśli tworzymy unikalny komponent, który jest zbyt skomplikowany, aby można go poddać obróbce, drukarka 3D może potencjalnie wykonać to zadanie.
W celu drukowania w trzech wymiarach, maszyna drukarska musi uzyskać ruch dysz po współrzędnych określonych na osiach X i Y, które odpowiadają ruchowi z boku na bok, a także osi Z, która reprezentuje ruch pionowy w górę i w dół. Każda z trzech osi potrzebuje silnika generującego ruch obrotowy, który przekształca się w ruch liniowy. Co najważniejsze, aby uzyskać kontrolę ruchu 3D poszczególne osie muszą być skoordynowane przez sterownik. Z tego powodu sterownik ruchu, nazywany również kontrolerem ruchu, jest mózgiem każdego systemu drukowania przestrzennego.
Najważniejszym priorytetem jest zapewnienie płynnego i kontrolowanego ruchu. Pozwoli to osiągnąć wymaganą jakość wykończenia. Oznacza to bezproblemową komunikację pomiędzy sterownikiem, napędami i silnikami, obejmującą cykl synchronizacji osi poniżej milisekundy, a także minimalne opóźnienia i drgania. Sterownik ruchu musi również wykonać plik G-kod, który stanowi jeden z najpopularniejszych języków zapisu poleceń dla urządzeń CNC. Drukarki 3D dysponują programem typu slicer, który tnie projekt obrazu na warstwy. Warstwy te są następnie dostarczane do formatu G-kod, który jest wykonywany przez sterownik ruchu i przekształcany w ruchy osi X, Y i Z.
Kolejny kluczowy wymóg, który musi spełnić sterownik ruchu to zintegrowanie urządzenia kontrolującego temperaturę, takiego jak moduł termopary. Bardzo ważne jest, aby utrzymać strefę drukowania w określonej temperaturze. Ma to znaczący wpływ na prawidłowe połączenie materiału oraz utrzymanie odpowiedniej lepkości materiału zadrukowanego, co z kolei pozwala uzyskać powtarzalną jakość druku. Wskaźnik ten będzie zmieniać się w zależności od materiału, dlatego w celu utrzymania optymalnej temperatury należy zastosować pętlę kontrolną.
Co więcej, kontroler ruchu musi zagwarantować elastyczność, tak aby zapewnić szybkie i łatwe zmiany w programie. Dzięki czemu drukowanie nowych lub zmodyfikowanych projektów będzie dogodniejsze. Elastyczność ta to także możliwość integracji różnych typów silników. Jest to ważne, ponieważ drukarka 3D może zawierać zarówno serwosilniki jak i silniki krokowe sterujące osiami.
Wykorzystując drukarkę do celów przemysłowych ważna jest jej solidna jakość wykonania. Zwłaszcza jeśli drukarka 3D pracuje codziennie bez przerw. O niezawodnym wykonaniu sterownika ruchu świadczy m.in. posiadanie izolowanych punktów we/wy, sprzężenia optycznego i wejść/wyjść 24 V. Funkcjonalności pomagają zapewnić wytrzymałość, co gwarantuje mniej przestojów, które są kluczowe do optymalizacji wydajności. Funkcje te zwiększą także trwałość maszyny, obniżając całkowity koszt jej posiadania. Spełniając powyższe wymagania, użytkownik ma pewność, że efektywne sterowanie ruchem w drukarce 3D jest spełnione.
Zamiast kontrolera ruchu niektórzy producenci drukarek 3D stosują sterowniki PLC. PLC są używane na całym świecie we wszelkiego rodzaju aplikacjach do zautomatyzowanego sterowania. Cieszą się dużą popularnością wśród inżynierów, którzy wiedzą, jak je zaprogramować. Z racji, że są produkowane przez globalne koncerny zakup ich części jest prosty.
Jednak ogólnie rzecz biorąc, osiągnięcie wymaganej wydajności ruchu za pomocą sterownika PLC jest trudniejsze w porównaniu z dedykowanym sterownikiem ruchu. Dzieje się tak, ponieważ PLC w połączeniu z ich językami programowania IEC są przeznaczone przede wszystkim do zarządzania logiką. Dla porównania, sprzęt przeznaczony do optymalizacji sterowania ruchem, w połączeniu ze środowiskiem programowania aplikacji zaprojektowanym w tym samym celu, sprawia, że programowanie drukarki 3D jest znacznie szybsze i łatwiejsze do osiągnięcia.
Kontroler ruchu zazwyczaj zawiera język programowania dedykowany danemu zadaniu. Dodatkowo posiada zmniejszoną liczbę poleceń, które są bardziej specyficzne dla funkcji ruchu. Dzięki temu programowanie jest szybsze i łatwiejsze. Komendy często pokrywają się ze słowami z języka angielskiego, dzięki czemu programowanie sterownika ruchu jest intuicyjne i można się go stosunkowo szybko nauczyć. Większość nowoczesnych kontrolerów ruchu jest nadal zgodna z językiem IEC, jeśli inżynierowie chcą programować w preferowanym przez siebie języku.
Zastosowanie sterownika PLC podczas drukowania 3D generuje duży koszt. Technologia PLC jest zwykle droższa, ponieważ obejmuje szeroki zakres funkcji, które mają zapewnić elastyczne sterowanie dla wielu zastosowań. W przypadku drukarki 3D, która w dużej mierze opiera się na potrzebach dotyczących sterowania ruchem, użytkownik płaci za funkcjonalność PLC, z której prawdopodobnie nie będzie korzystać.
Niektórzy producenci tworzą własne sterowniki, które gwarantują efektywne sterowanie ruchem w drukarce 3D oraz spełniają ich określone wymagania. Dzięki czemu produkcja płytek sterujących na szeroką skalę może obniżyć koszty produkcji. Nawet w przypadku dużych producentów drukarek 3D współpraca ze specjalistą ds. ruchu przynosi dużo zalet. M.in umożliwia wykorzystanie specjalistycznej wiedzy w celu optymalizacji wydajności sterowania. Takie podejście zapewnia również specjalistyczną wiedzę z obszaru najnowocześniejszych technologii dedykowanym ruchowi. Dzięki czemu producenci drukarek 3D są na bieżąco z najnowszymi rozwiązaniami.
Współpraca ze Specjalistą ds. Ruchu może również obniżyć koszty rozwoju, w zależności od wielkości produkcji. Co najważniejsze, może skrócić czas wprowadzenia całej maszyny na rynek. Wybierając partnera w dziedzinie kontroli ruchu, ważne jest, żeby potrafił dostosować aplikację tak, aby dokładnie spełniała wymagania drukowania 3D. Co więcej, elastyczne podejście do projektowania powinno obejmować także przyszłe wsparcie zarówno sprzętu, jak i środowiska programistycznego. Z tego powodu współpraca ze sprawnym partnerem zajmującym się rozwojem ruchu może mieć kluczowe znaczenie dla producenta drukarek 3D, niezależnie od skali produkcji.
Multiprojekt Automatyka sp. z o.o.
ul. Pilotów 2E, 31-462 Kraków
Godziny pracy biura: Pon. – Pt. 7.00 – 16.00
tel. +12 413 90 58
mail: krakow@multiprojekt.pl
NIP: 6751441570
REGON: 121401320
Wysokość kapitału zakładowego 170 000 PLN; KRS nr 0000371639 Sąd Rejonowy dla Krakowa Śródmieścia w Krakowie.