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Feita à medida

VX4000_printing

Em apenas algumas horas, sistemas de impressão 3D da voxeljet podem criar moldes complexos e modelos para componentes de metal fundido, ou até sets de filmagem e modelos arquitetônicos personalizados. Além dos altos níveis de precisão e da complexidade sem precedentes que projetos de impressoras 3D oferecem, o que os usuários realmente apreciam é a enorme economia de tempo obtida com a produção de pequenas tiragens, protótipos e modelos. Tudo isto é favorecido por uma solução versátil e integrada de automação e controle, baseada na tecnologia de alta performance B&R, que garante que mesmo grandes trabalhos de impressão possam ser tratados de forma confiável, precisa e fiel aos detalhes.

"Além de nossos principais clientes nas indústrias automotivas e aeroespaciais, bem como fabricantes de máquinas, construção naval e indústria pesada, estamos atendendo novos clientes em outras indústrias que estão descobrindo o potencial da impressão 3D", explica Björn Matthes, responsável pelo o planejamento elétrico na voxeljet. "Isto é particularmente verdadeiro quando se trata de produzir protótipos, pequenas produções em série e modelos rápidos, sem ferramentas especiais. Nós respondemos a esta tendência, expandindo significativamente a nossa gama de serviços de impressão, enquanto, ao mesmo tempo, desenvolvemos uma linha completa de dispositivos para lidar com peças de praticamente qualquer tamanho. "

Voxeljet_3Dprint

Trabalhos produzidos usando impressoras 3D de voxeljet. Estas impressoras podem criar itens de complexidade ilimitadas, de todos os tipos de matérias-primas, incluindo areia de moldagem e plástico. (Fonte: voxeljet AG)

Maior sistema de impressão 3D no mundo

A técnica de impressão utilizada pela voxeljet é bastante semelhante á utilizada por impressoras de jato de tinta tradicionais. A diferença é que a cabeça de impressão desenvolvida na empresa utiliza um ligante líquido, em vez de tinta. O aglutinante é aplicado seletivamente na formato da peça em uma fina camada de partículas na plataforma da impressora. Desta forma, o VX4000 - que a voxeljet afirma ser a maior impressora 3D do mundo - constrói formas por camadas em uma plataforma medindo até 4000 x 2000 x 1000 mm (CxLxA).

Produzido pela voxeljet em 2009, o VX4000 imprime cada camada em apenas 75 segundos, com uma resolução de 300 pontos por polegada e uma espessura de 300 micrômetros. A plataforma espaçosa permite que o VX4000 produza grandes componentes individuais ou várias partes menores simultaneamente. Ao utilizar os dados CAD diretamente, ela garante precisão até nos mínimos detalhes.

O software da impressora coloca o modelo CAD 3D em um espaço de trabalho virtual e, em seguida, divide-os em camadas de impressão. A fim de processar os grandes volumes de dados envolvidos, o sistema voxeljet usa um PC industrial com SSD e disco rígido adicional com no mínimo 1 terabyte de armazenamento.

Um grande portfólio de produtos sem concorrencia

"Em todas as impressoras 3D que construímos antes do VX4000, o PC também era responsável por controlar todo o sistema através da conexão via barramento CAN", diz Matthes. Ao desenvolver o VX4000, a voxeljet introduziu um nível extra de abstração, a fim de simplificar ainda mais a arquitetura de controle e aliviar sobrecarregar o PC. Eles também precisaram desenvolver um sistema de pórtico para acionar os dois sistemas de portal nos quais a cabeça de impressão e o recoater de partículas são montados.

"Aprendemos com nossa experiência que, se diferentes fornecedores estão envolvidos na produção do sistema, problemas podem surgir devido à falta de comunicação e as responsabilidades pouco claras", explica Matthes. "É por isso que estávamos procurando um parceiro que pudesse lidar com todo o sistema de automação, desde as engrenagens até o nível do sistema de controle e IHM."

Matthes observa que a voxeljet rapidamente concluiu seu processo de seleção com um claro favorito. "O magnifico portfólio B&R, que inclui segurança integrada e uma ferramenta geral de desenvolvimento e configuração, realmente nos convenceu de que tínhamos encontrado o parceiro certo. O sistema de B&R nos dá tudo o que precisamos, bem como muito espaço para futuras inovações."

A decisão foi selada em uma reunião com engenheiros de aplicação da B&R, onde a voxeljet foi capaz de ver em primeira mão o quão fácil é a construção de um sistema de pórtico utilizando a tecnologia B&R.

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VX4000_Bauraum.jpg: O maior impressora 3D no mundo tem uma câmara de impressão medindo 4000 x 2000 x 1000 milímetros (CxLxA). Com seus componentes de alta qualidade, ela é projetada para operação contínua. (Fonte: voxeljet AG)
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O terminal de operação da nova VX2000 da voxeljet é baseado em um Power Panel com tela touch screen da B&R. A aplicação IHM é executada no mesmo PC que prepara os dados de impressão para a impressora 3D. (Fonte: Franz Joachim Roßmann)

Arquitetura Flexível

Na solução de automação para o VX4000, que usa a tecnologia B&R para tudo, exceto o PC, um módulo CPU da série B&R X20 funciona como o controlador de movimento. Comandos de movimentos gerados pelo PC são transmitidos via Ethernet para o módulo do CPU, convertendo-os nos correspondentes movimentos dos motores. Além dos quatro servo motores que controlam o eixo Z dos dois portais do sistema de pórtico, o VX4000 usa ainda mais oito servo motores que são parcialmente sincronizados (2 x X1 e 2 x X2).

A voxeljet usa exclusivamente servo motores, a fim de manter a arquitetura flexível e responder rapidamente às necessidades futuras, otimizando seu inventário. Todos os motores são alimentados por drives ACOPOSmulti, que se comunicam com o controlador via POWERLINK. Esses drives são usados para mais do que apenas controle de movimento. Eles também são usados para coordenar a sequência de funções de nível inferior, que regulam tarefas diretamente relacionados com a impressão, como movimento da cabeça de impressão (Y) e enchimento do recoater.

"O protótipo VX4000 que foi construído usando essa arquitetura está funcionando de forma eficiente e confiável em nossa central de serviços", diz Matthes. "É claro, a arquitetura tem continuado a evoluir desde então."

Configuração fácil com openSAFETY

A solução de automação agora integra funções de Safe Torque Off(STO) e de Safely Limited Speed(SLS). Ambas as funções foram implementadas por desenvolvedores da voxeljet usando módulos inversores ACOPOSmulti com tecnologia de segurança integrada SafeMOTION e módulos de segurança E/S do sistema X20. "Mesmo com as grandes dimensões da impressora, medindo 20 metros de comprimento e 7 metros de largura, serviços e instalação são muito mais fáceis pois o pessoal pode seguramente se deslocar no interior da impressora e monitorar os processos sem ter que apertar um botão de permissão", diz Matthes. "O hardware e o tempo necessário para integrar as funções de segurança foram mínimos, graças ao protocolo de comunicação openSAFETY."

O sistema foi desenvolvido com os módulos E/S divididos em duas vertentes. Embora os canais de segurança de E/S sejam conectados diretamente à CPU, os canais de E/S não-relacionados à segurança são isolados via POWERLINK. Originalmente esta distinção não existia. "Ao separar os canais tornamos mais fácil a expansão do sistema. Outra vantagem é a capacidade de desligar a fonte de alimentação para algumas partes sem afetar as áreas relacionadas com a segurança ", continua Matthes.

O Automation Studio oferece uma série de benefícios para voxeljet. Ele fornece em uma única ferramenta toda a gama de componentes de automação B&R, incluindo software de controle, IHM e funções de segurança. As funções abrangentes de diagnóstico tornam muito mais fáceis a análise de software e a solução dos erros. De grande valor é a estruturação clara do ambiente de engenharia e a capacidade em sincronizar configurações de hardware graças à interface EPLAN integrada. Todos os novos projetos de automação da voxeljet são criados usando Automation Studio 4.

Björn Matthes PM

"Desde o primeiro treinamento, ficou claro que a B&R realmente pensa no projeto do início ao fim para garantir a sua aplicação correta. O nível de suporte da B&R é excepcional e nos ajudou muitas vezes a responder perguntas rapidamente e aumentar nossos conhecimentos". Björn Matthews, Planejador Elétricista, voxeljet AG

Reutilização simples dos eixos virtuais mestres.

Além das funções de segurança integradas, a voxeljet também incorporou o conceito de eixos virtuais na arquitetura do sistema. Agora todos os eixos mestres são implementados como eixos virtuais. Para voxeljet isto significa que, ao desenvolver o software de controle, não importa qual drive será posteriormente ligado a um eixo específico ou como os eixos devem trabalhar no conjunto. "Isso nos permite simular o hardware do drive e testar a solução de automação, mesmo antes do sistema ser concluído", explica Matthes. "Além do mais, utilizar eixos virtuais torna muito mais fácil a reutilização da arquitetura de automação em outros sistemas."

Matthes fala por experiência - voxeljet já aplicou a solução de automação baseada em B&R ao seu VX2000 com apenas modificações mínimas.

"Recebemos um excelente apoio da B&R ao introduzir esta e outras tecnologias", diz Matthes. "Desde o primeiro treinamento, ficou claro que a B&R realmente pensa no projeto do início ao fim para garantir a sua aplicação correta. O nível de suporte da B&R é excepcional e nos ajudou muitas vezes a responder perguntas rapidamente desenvolvendo nossas habilidades de engenharia".

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