Controllo del movimento nella stampa 3D

La stampa 3D era un concetto astratto. Era qualcosa uscito dalla fantascienza. O era quello che pensava un bambino quando metteva il suo giocattolo preferito sotto il coperchio della fotocopiatrice dei genitori e si aspettava che ne uscisse un altro... no? Solo io?

Oggi, la stampa 3D è una cosa molto reale. Quella che una volta era una tecnologia rara ed esclusiva è ora ampiamente disponibile. Non solo si sta facendo conoscere, ma sta anche diventando una parte sempre più importante del processo di progettazione e produzione. Creare prototipi e pezzi concettuali non è mai stato così facile. Ma niente di tutto ciò sarebbe possibile senza una precisa tecnologia di controllo del movimento.

A cosa serve la stampa 3D?

La creazione di concetti di design e prototipi è una parte critica del processo di ingegneria. In molti casi, gli ingegneri dovrebbero impiegare tempo e risorse considerevoli per produrre completamente parti che verrebbero poi buttate via dopo un solo utilizzo. Gli ingegneri possono ora rinunciare a fare stampi costosi per le fusioni dei prototipi e invece progettare la loro parte su un computer e stamparla con una stampante 3D. Questo processo è ora comunemente noto come prototipazione rapida.

Mentre la prototipazione rapida è uno degli usi principali delle stampanti 3D, la stampa 3D può anche essere usata per la produzione. Alcune parti sono difficili da realizzare con altri metodi. La fusione tradizionale non permette la creazione di strutture cave. E con i miglioramenti fatti nel corso degli anni, le stampanti 3D possono stampare parti con una varietà di materiali diversi, tra cui varie plastiche, cere e metalli. Possono anche cambiare i materiali a metà stampa. Soprattutto per i pezzi personalizzati, la stampa 3D sta diventando uno strumento di produzione sempre più importante.

In anni ancora più recenti, la stampa 3D è diventata qualcosa per hobbisti e altri individui al di fuori del mondo degli affari. Ci sono decine di produttori di stampanti 3D da tavolo. Le ultime edizioni di Windows includono programmi di costruzione, visualizzazione e stampa di modelli 3D di default. Giocattoli, artigianato e strumenti possono essere facilmente realizzati con le stampanti 3D in poche ore o addirittura minuti. Infatti, molte delle nostre dimostrazioni all'AMC hanno parti stampate in 3D dalla stampante desktop nel nostro laboratorio.

Come funziona?

Ci sono alcune varianti di metodi di stampa 3D. La maggior parte delle stampe 3D, comunque, sono fatte aggiungendo strato per strato del filamento di stampa erogato da un ugello. La serie di strati è definita da un file G-code, di solito generato da un programma di slicing su un computer basato su un modello CAD 3D.

Il filamento è fuso prima di lasciare l'ugello come materiale di stampa, ma si raffredda e si indurisce rapidamente dopo essere uscito. Il primo strato della stampa è stampato sulla piastra di costruzione della stampante, che a volte è riscaldata in modo che il filamento sul fondo rimanga attaccato ad essa. L'ugello viene spostato lungo un sistema gantry a due assi per estrarre ogni strato. Dopo che ogni strato è completato, la piastra di costruzione viene abbassata, e l'ugello inizia a stampare lo strato successivo sopra il precedente. Gradualmente, la stampa viene costruita strato per strato. Nei casi in cui uno strato sporge sugli strati precedenti, la stampante può generare materiale di supporto, un sottile strato di filamento che sostiene gli strati sporgenti mentre si raffreddano, ma può essere facilmente rotto per il prodotto finale.

Componenti controllati dal movimento

Sia il movimento orizzontale del gantry dell'ugello che il movimento verticale del piatto di costruzione devono muoversi ed essere posizionati con precisione. Il materiale esce in piccoli incrementi, ma sovrapporsi o divergere troppo all'interno dello stesso strato può rendere la stampa molto disordinata. L'ugello della stampante deve muoversi molto attentamente per disegnare la forma di ogni strato, che può consistere di parti completamente separate per alcuni strati di certe forme. C'è molto poco spazio per gli errori. E se l'ugello è troppo vicino o troppo lontano dalla piastra di costruzione, il filamento non aderirà correttamente.

Tutto il movimento e il posizionamento della piastra di costruzione sono di solito realizzati con qualche forma di attuatore lineare. Il gantry dell'ugello, d'altra parte, di solito usa motori lineari o motori passo-passo con cinghie per ottenere il posizionamento e il movimento necessari. E dove c'è un motore passo-passo o un motore lineare, ci deve essere un qualche tipo di azionamento, spesso un servoazionamento.

Dal momento che DriveWare aggiornamento 7.4.2, ADVANCED I servoazionamenti digitali di Motion Controls possono fornire un controllo ad anello chiuso per motori passo-passo sia bifase che trifase. Inoltre, i nostri azionamenti possono controllare i motori lineari come qualsiasi altro motore a corrente continua. Per le stampanti 3D che utilizzano più motori per pilotare lo stesso asse di movimento, i nostri azionamenti possono comunicare tra loro tramite una rete per una perfetta sincronia.

Un altro componente critico del controllo del movimento è nell'estrusore, il meccanismo di alimentazione che spinge e tira il filamento attraverso l'ugello. Ha bisogno di fermarsi quando l'ugello si sta muovendo su uno spazio nello strato e mentre la piastra di costruzione si sta abbassando. Il flusso dell'ugello deve anche essere regolato quando l'ugello si muove attraverso diverse geometrie. Per esempio, se l'ugello continua ad estrudere materiale ad una velocità continua quando fa una curva stretta, si può finire con un rigonfiamento dell'angolo. La portata del materiale deve essere abbassata durante la curva per ottenere uno spessore uniforme senza rigonfiamenti.

Sistema controllato dal movimento

Quindi abbiamo molte parti mobili diverse in una stampante 3D, ognuna controllata da servoazionamenti, ma come si riunisce il tutto in un sistema coordinato? È qui che serve qualcosa come il sistema di controllo del movimento Click&Move di AMC. ADVANCED Motion Controls ha sviluppato Clicca e sposta soluzioni per gestire diverse stampanti 3D. Click&Move è in grado di coordinare tutti i diversi assi con diversi tipi di motore e utilizzare il codice g per generare senza problemi una stampa 3D perfetta. AMC ha persino sviluppato un blocco funzione personalizzato per Click&Move che elimina il problema precedentemente menzionato del rigonfiamento degli angoli.

Click&Move può anche essere usato per coordinare facilmente i sistemi con più ugelli di stampa, utilizzati per realizzare parti singole con materiali o colori diversi. Poiché Click&Move non si limita specificamente al controllo del movimento, può regolare cose come le temperature degli ugelli e dei piani di costruzione, così gli sviluppatori non devono creare un sistema separato per questi.

Il Click&Move può essere facilmente integrato in una stampante 3D con una delle nostre schede di controllo dell'automazione del movimento (MACC). Il programma Click&Move è memorizzato sulla MACC e collegato ai servoazionamenti. Click&Move può essere eseguito anche da un PC. Inoltre, Click&Move è modulare e scalabile, quindi è molto facile per un produttore di stampanti 3D continuare a usarlo per i futuri modelli di stampanti 3D man mano che la loro linea di prodotti si evolve.

Se state sviluppando una stampante 3D, contattateci per aiutarvi a progettare il controllo del movimento per farla funzionare. Vedremo se ADVANCED I servoazionamenti di Motion Controls o Click&Move possono essere la soluzione per voi.

da Jackson McKay, ingegnere di marketing