Stark som metall

Komponenter gjorda av superpolymerer och kompositer kan överträffa metall under de extrema förhållanden som de utsätts för inom industrier som flyg, fordon och energi. Med B&R automationsplattform tar Roboze 3D-utskrift av dessa avancerade material till verkstadsgolvet.

En satellit, en ubåt, ett vindkraftverk. Från extrema temperaturer och mekanisk påfrestning till högspänning och nötande kemikalier - applikationer som dessa sätter varje komponent på prov. Traditionellt har bara metallegeringar klarat uppgiften, men ett växande utbud av högpresterande polymerer och kompositer förstärkta med kol- och keramiska fibrer kan nu konkurrera med metall när det gäller styrka och hållbarhet.

Bränsleeffektivitet är viktigare än någonsin som både kostnads- och miljöfaktor. Det gör lätta polymerer och kompositer till ett attraktivt alternativ till metall i bilar, flygplan och var som helst annars energi används för att flytta saker. De är också mycket resistenta mot starka kemikalier och kan förbättra säkerheten och komforten genom att isolera mot värme, elektricitet, ljud och vibrationer.

3D-utskriftsspecialisten Roboze kombinerar dessa banbrytande material med disruptiv additivteknologi. Resultatet är en dramatisk minskning av ledtider och produktionskostnader, tillsammans med flexibiliteten att bygga anpassade delar på förfrågan. Deras revolutionerande skrivare använder fused filament fabrication (FFF) – en 3D-utskriftsteknik där material extruderas genom ett uppvärmt munstycke för att skapa produkter lager för lager. För att uppnå de kritiska materialegenskaperna och snäva dimensionstoleranser som behövs för metallbyte, var Roboze dock tvungen att göra några viktiga anpassningar.

Förutom ett helt nytt extrudersystem för att hantera de högviskösa materialen, designade Roboze en unik uppvärmd tryckkammare som upprätthåller en optimal tryckmiljö och förhindrar krympning under extrudering. Och avgörande, för att eliminera en av de största bristerna som 3D-skrivare vanligtvis har jämfört med konventionella verktygsmaskiner, kom Roboze med en patenterad bälteslös drivlösning.

För att flytta skrivhuvudet längs x- och y-axlarna, förlitar sig konventionella FFF-system på bälten, som utsätts för deformation, slitage och förlust av kalibrering över tiden. Robozes bältelösa system ersätter dessa bälten med direkt mekatronisk rörelse, vilket gör det inte bara exakt, utan också mycket effektivt och lätt att underhålla. En spiralformad växel säkerställer smidig rörelse av kuggstången och kugghjulet för en betydande minskning av buller, slitage och lokal överhettning.

"För att konkurrera med en CNC-maskin behövde vi uppnå konsekventa mikrometriska toleranser", säger Davide Schiena, Robozes chef för applikationsteknik och kundframgång. Samplingstiden på 50 μs för B&R:s ACOPOS P3 gav Roboze den prestanda den behövde. "B&R:s servodrivar hjälper oss att garantera en positioneringsprecision på ±10 mikrometer", säger Schiena. "Det är sex gånger bättre än ett remdrivet system."

När människor tänker på en 3D-skrivare föreställer de sig vanligtvis en fristående enhet som används för snabb prototypframställning. "Vi visste att de kan vara mycket mer än så", förklarar Robozes grundare och VD Alessio Lorusso. "Så, tillsammans med B&R, designade vi ARGO 500 från allra första början för att integreras sömlöst i produktionslinjen."

ARGO 500 erbjuder helautomatisk kontroll av varje steg som utförs i den uppvärmda kammaren. Det inkluderar själva extruderingsprocessen, men också steg som kommer före den – som torkning av filamentet för att säkerställa tillförlitlig produktion – såväl som efterbearbetningssteg som glödgning. Detta krävde seriös processorkraft, för vilket Roboze valde en industriell PC från B&R:s Automation PC 910-serie.

Efter varje utskriftscykel genererar ARGO 500 en omfattande processdatalogg för att skapa en digital modell och möjliggöra automatisk certifiering av varje producerad del. Fjärranslutning möjliggör prediktiv diagnostik för att maximera tillgänglighet och produktivitet, samtidigt som ARGO 500 kan utvecklas över tiden med lätt uppdaterade funktioner, parametrar och intelligens.

De färdiga mjukvarukomponenterna i B&R:s mapp Technology gjorde det möjligt för Roboze att snabbt implementera viktiga funktioner som behövs för fabriksintegration, inklusive larmhantering, datainsamling, loggning av processvariabler och användarhantering. "Det gjorde att vårt team kunde fokusera på att implementera och optimera själva utskriftsprocessen", förklarar Antonio Pastore, Robozes tekniska chef.

"Att ha en komplett B&R-automationslösning ger våra 3D-skrivare klassens bästa prestanda med oöverträffad tillförlitlighet, samtidigt som de är mycket enkla att installera och underhålla", säger Lorusso. Han är snabb med att tillägga att B&R:s bidrag gick utöver att bara leverera hårdvara och mjukvara. "Vid varje steg på vägen såg de till att vi hade de verktyg vi behövde för att säkerställa vår framgång – från utbildningar och kodsnuttar till ett flexibelt supportteam som alltid var snabba med att reda ut alla tvivel."

ARGO 500 är den första kommersiella produkten som kommer fram ur samarbetet som inleddes 2020. "Vi har blivit grundligt imponerade av B&R-systemets prestanda", säger Lorusso, "och vi ser fram emot att använda det i nya 3D-utskriftsplattformar, där vi kommer att lägga till IIoT-anslutning och till och med möjliggöra molnbaserad maskinfunktions kontroll."