Bewegungssteuerung im 3D-Druck

Industrieller 3D-DruckerFrüher war 3D-Druck ein abstraktes Konzept. Es war etwas aus Science-Fiction. Oder es war das, was ein Kind dachte, wenn es sein Lieblingsspielzeug unter den Deckel des Kopierers seiner Eltern legte und erwartete, dass ein anderes herauskommt ... nein? Nur ich?

Heute ist 3D-Druck eine sehr reale Sache. Was einst seltene und exklusive Technologie war, ist jetzt weit verbreitet. Es wird nicht nur immer bekannter, sondern auch zu einem immer wichtigeren Bestandteil des Design- und Herstellungsprozesses. Das Erstellen von Prototypen und Konzeptstücken war noch nie so einfach. Aber ohne präzise Motion-Control-Technologie wäre das alles nicht möglich.

Wofür wird 3D-Druck verwendet?

3D-Drucker mit FilamentoptionenDas Erstellen von Designkonzepten und Prototypen ist ein entscheidender Teil des Engineering-Prozesses. In vielen Fällen müssten Ingenieure viel Zeit und Ressourcen aufwenden, um Teile vollständig herzustellen, die später nach einmaligem Gebrauch weggeworfen würden. Ingenieure können jetzt auf die Herstellung teurer Formen für Prototypengussteile verzichten und stattdessen ihr Teil am Computer entwerfen und mit einem 3D-Drucker ausdrucken. Dieser Prozess ist heute allgemein als Rapid Prototyping bekannt.

Während Rapid Prototyping eine der Hauptanwendungen von 3D-Druckern ist, kann der 3D-Druck auch für die Produktion verwendet werden. Einige Teile sind mit anderen Methoden schwer herzustellen. Herkömmliches Gießen lässt keine hohlen Strukturen zu. Und mit den Verbesserungen, die im Laufe der Jahre vorgenommen wurden, können 3D-Drucker Teile mit einer Vielzahl unterschiedlicher Materialien drucken, darunter verschiedene Kunststoffe, Wachse und Metalle. Sie können sogar mitten im Druck das Material wechseln. Insbesondere für Sonderanfertigungen wird der 3D-Druck zu einem immer wichtigeren Fertigungswerkzeug.

In den letzten Jahren ist der 3D-Druck zu etwas für Bastler und andere Personen außerhalb der Geschäftswelt geworden. Es gibt Dutzende von Herstellern für Desktop-3D-Drucker. Neuere Editionen von Windows enthalten standardmäßig Programme zum Erstellen, Anzeigen und Drucken von 3D-Modellen. Spielzeug, Kunsthandwerk und Werkzeuge können mit 3D-Druckern in wenigen Stunden oder sogar Minuten hergestellt werden. Tatsächlich haben viele unserer Demos bei AMC 3D-gedruckte Teile vom Desktop-Drucker in unserem Labor.

Wie funktioniert es?

3d-Drucker mit BewegungssteuerungEs gibt einige Variationen von 3D-Druckverfahren. Die meisten 3D-Drucke werden jedoch hergestellt, indem Schicht für Schicht Druckfilament hinzugefügt wird, das aus einer Düse ausgegeben wird. Die Reihe von Schichten wird durch eine G-Code-Datei definiert, die normalerweise von einem Slicing-Programm auf einem Computer basierend auf einem 3D-CAD-Modell generiert wird.

Das Filament wird geschmolzen, bevor es als Druckmaterial die Düse verlässt, kühlt aber nach dem Austritt schnell ab und härtet aus. Die erste Schicht des Drucks wird auf die Bauplatte des Druckers gedruckt, die manchmal erhitzt wird, damit das Filament an der Unterseite daran haften bleibt. Die Düse wird entlang eines zweiachsigen Portalsystems bewegt, um jede Schicht herauszuziehen. Nachdem jede Schicht fertiggestellt ist, wird die Bauplatte abgesenkt und die Düse beginnt, die nächste Schicht auf die vorherige zu drucken. Nach und nach wird der Druck Schicht für Schicht aufgebaut. In den Fällen, in denen eine Schicht über die vorherigen Schichten hinausragt, kann der Drucker Stützmaterial erzeugen, eine dünne Filamentschicht, die die überhängenden Schichten beim Abkühlen stützt, aber für das Endprodukt leicht abgebrochen werden kann.

Bewegungsgesteuerte Komponenten

Bewegungsgesteuerte 3d-Drucker-DüsenschieneSowohl die horizontale Bewegung des Düsenportals als auch die vertikale Bewegung der Bauplatte müssen präzise bewegt und positioniert werden. Das Material kommt in kleinen Schritten heraus, aber zu starke Überlappungen oder Abweichungen innerhalb derselben Schicht können den Druck sehr unordentlich machen. Die Druckerdüse muss sich sehr vorsichtig bewegen, um die Form jeder Schicht zu zeichnen, die für einige Schichten bestimmter Formen aus vollständig getrennten Teilen bestehen kann. Es gibt sehr wenig Raum für Fehler. Und wenn die Düse zu nah oder zu weit von der Bauplatte entfernt ist, haftet das Filament nicht richtig.

Die gesamte Bewegung und Positionierung der Bauplatte wird normalerweise mit irgendeiner Art von linearem Aktuator erreicht. Das Düsenportal hingegen verwendet normalerweise Linearmotoren oder Schrittmotoren mit Riemen, um die erforderliche Positionierung und Bewegung zu erreichen. Und wo es einen Schrittmotor oder Linearmotor gibt, muss es eine Art Antrieb geben, oft einen Servoantrieb.

alternativer Entwurf eines 3d-DruckersSeit DriveWare Update 7.4.2, ADVANCED Die digitalen Servoantriebe von Motion Controls können sowohl Zweiphasen- als auch Dreiphasen-Schrittmotoren mit geschlossenem Regelkreis steuern. Darüber hinaus können unsere Antriebe wie jeder andere Gleichstrommotor Linearmotoren steuern. Bei 3D-Druckern, die mehrere Motoren verwenden, um dieselbe Bewegungsachse anzutreiben, können unsere Antriebe für perfekte Synchronität über ein Netzwerk miteinander kommunizieren.

Eine weitere kritische Bewegungssteuerungskomponente befindet sich im Extruder, dem Zuführmechanismus, der das Filament durch die Düse drückt und zieht. Material fließt nicht immer durch die Düse. Es muss anhalten, wenn sich die Düse über eine Lücke in der Schicht bewegt und während sich die Bauplatte absenkt. Der Düsenfluss muss auch reguliert werden, wenn sich die Düse durch verschiedene Geometrien bewegt. Wenn die Düse zum Beispiel Material bei einer scharfen Kurve mit konstanter Geschwindigkeit ausstößt, kann es am Ende zu einem Anschwellen der Ecken kommen. Die Materialflussrate muss während der Ecke verringert werden, um eine gleichmäßige Dicke ohne Quellen zu erhalten.

Bewegungsgesteuertes System

3D-Drucker mit Bewegungssteuerungssystem

Wir haben also viele verschiedene bewegliche Teile in einem 3D-Drucker, die alle von Servoantrieben gesteuert werden, aber wie fügt sich alles zu einem koordinierten System zusammen? Hier brauchen Sie so etwas wie das Click&Move-Bewegungssteuerungssystem von AMC. ADVANCED Motion Controls entwickelt hat Klicken und verschieben Lösungen, um mehrere verschiedene 3D-Drucker zu betreiben. Click&Move ist in der Lage, alle verschiedenen Achsen mit verschiedenen Motortypen zu koordinieren und den G-Code zu verwenden, um reibungslos einen perfekten 3D-Druck zu erzeugen. AMC hat sogar einen benutzerdefinierten Funktionsblock für Click&Move entwickelt, der das zuvor erwähnte Problem mit Eckenschwellung beseitigt.

Auch Systeme mit mehreren Druckdüsen, die für die Herstellung von Einzelteilen mit unterschiedlichen Materialien oder Farben verwendet werden, lassen sich mit Click&Move einfach koordinieren. Da Click&Move nicht speziell auf die Bewegungssteuerung beschränkt ist, kann es Dinge wie Düsen- und Bauplattentemperaturen regulieren, sodass Entwickler dafür kein separates System erstellen müssen.

Der Click&Move kann mit einer unserer Motion Automation Control Cards (MACCs) einfach in einen 3D-Drucker integriert werden. Das Click&Move-Programm wird auf dem MACC gespeichert und mit den Servoantrieben verbunden. Click&Move kann auch von einem PC ausgeführt werden. Außerdem ist Click&Move modular und skalierbar, sodass es für einen 3D-Druckerhersteller sehr einfach ist, es für zukünftige 3D-Druckermodelle zu verwenden, wenn sich seine Produktlinie weiterentwickelt.

Wenn Sie einen 3D-Drucker entwickeln, wenden Sie sich an uns, um Hilfe beim Entwerfen der Bewegungssteuerung zu erhalten, damit er läuft. Wir werden sehen, ob ADVANCED Die Servoantriebe von Motion Controls oder Click&Move können die Lösung für Sie sein.

 

von Jackson McKay, Marketingingenieur

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