11XI МЕЖДУНАРОДНАЯ НА УЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
УДК 67.05
Шабанов Дмитрий Вячеславович Shabanov Dmitry Vyacheslavovich
Ассистент Assistant Ким Валентин Kim Valentin Бахитов Асылхан Bakhitov Assylkhan Пономарева Кира Вячеславовна Ponomareva Kira Vyacheslavovna
Студенты Students
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University
СТРУКТУРА РОБОТИЗИРОВАННОЙ АДДИТИВНОЙ
УСТАНОВКИ
THE STRUCTURE OF A ROBOTIC ADDITIVE MANUFACTURING PLANT
Аннотация: в рамках данной статьи была рассмотрена структурная схема, уже собранной автоматизированной аддитивной установки. Рассмотрены используемые компоненты, а также спроектированные детали, в ходе разработки.
Abstract: In this article the structural diagram of an automated additive manufacturing plant, which has already been assembled, was examined. The components used, as well as the designed parts, during the development are reviewed.
Ключевые слова: порошок, робот, лазер, рихтователь, частотный преобразователь, наплавочная голова, деталь, чиллер.
Key words: powder, robot, laser, straightener, frequency converter, cladding head, workpiece, chiller.
Аддитивное производство — процесс соединения материалов для создания объектов на основе данных трехмерных моделей [4]. Процесс создания аддитивного модели происходит послойно, т.е. постепенным наращиванием материала.
Особенностью DED - технологии является подача порошковой струи под давлением и дальнейшая наплавка подаваемого материала при помощи направленного энергетического воздействия лазером или электронным лучом [1]. Однако большая часть порошка разлетается в стороны, не доходя до места наплавления. Это приводит к большим затратам из-за высокой стоимости порошка.
Чтобы порошок расходовался меньше можно использовать порошковую проволоку [2]. Для подачи проволоки в полуавтоматической сварке используются механизмы, подающие проволоку поджатыми роликами [3].
Оборудование, используемое в установке: робот NJ 40-2.5 и наклонно-вращательный стол Positioner Modules SMAR PTS ORB1000CA700 от Comau, наплавочная лазерная головка CoaxPrinter от Precitrc.
Рис. 1: слева - Робот СОМАП №340-2.5; справа - Наклонно-поворотный модуль СОМАи РТ5-ОВВ1000
Головка для наплавки была разработана для интеграции в станки лазерной обработки. Она применяется для процесса лазерной наплавки
XI МЕЖДУНАРОДНАЯ НА УЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ порошковым материалом и используется с твердотельными, диодными и волоконными лазерами. Фотография используемой наплавочной головы представлена на рисунке 14.
Структурная схема состоит из нескольких отдельных подструктур всей установки таких как: размотчик катушки с проволокой, шкаф управления, податчика проволоки, наклонно-вращательного стола.
Как видно на рисунке 3 в подструктуре «Размотчик катушки с проволокой» фрикционный тормоз механически взаимосвязан с бухтой, т.к. тормоз постоянно тормозит бухту, чтобы леска проволоки на катушке на разматывалась. Далее, бухта с проволокой также механически связана с приводом размотки катушки через проволоку. Датчик наличия проволоки аналогово связан с Модулем дистанционного входа и выходов, т.е. сообщает ему информацию о наличии проволоки. С данным модулем также аналогово связан датчик наличия сопла, расположенный на наплавляющей головке. Если бы сопла не было, это означало бы ее поломку, и следующий процесс наплавки остановился бы. Модуль дистанционного входа и выходов в свою очередь передает полученную информацию через Ethernet в
Рис. 2. Наплавочная лазерная голова
роутер Switch, который в свою очередь принимает решение о дальнейших действиях. Например, отключить всю установку если нет проволоки или, если нет сопла.
Рихтователь, в свою очередь, также механически связан с податчиком проволоки через проволоку. Энкодер передает сигналы аналогово модулю подключения датчика обратной связи, который также передает информацию на Switch через связь Ethernet. После, в шкафу управления происходит анализ информации полученной скорости от энкодера и от Switch идет сигнал на частотные преобразователи, которые выдают сигнал в виде силового электропитания двигателю для протяжки проволоки, например, увеличить скорость.
Рис. 3. Первая часть структурной схемы
XI МЕЖДУНАРОДНАЯ НА УЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ С частотным преобразователем, который является своего рода «мозгом» двигателя в шкафу управления, также связаны двигатели 1 и 2 в наклонно-вращательном столе и робот со всеми его двигателями. Частотный двигатель воздействует на них силовым электропитанием, т.е. запускает двигатели, или замедляет, ускоряет и тд.
Модуль дистанционных входов и выходов также аналогово связан с лазером, чиллером и системой подготовки защитного газа: модуль подает сигналы о срабатывании, например, системы подготовки защитного газа, который подает защитный газ в наплавочную головку.
Пульты управления связаны между собой связью Ethernet и такой же связью связаны со Switch, на который идет сигнал. В последствии сигналы поступают во весь шкаф управления и от него идут воздействия на остальные элементы, как на робота, например.
Рис. 4. Вторая часть структурной схемы
ИННОВАЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ
Робот механически связан с наплавочной головой кронштейнами.
В наплавочную голову поступают лазер для наплавки материала через оптоволокно трубки т.е. устанавливается оптическая связь, чиллер для охлаждения через трубки т.е. устанавливается гидравлическая связь, защитный газ для защиты от попадания инородных веществ в место наплавки трубки т.е. устанавливается пневматическая связь.
Чиллер также гидравлически связан с лазером, т.к. охлаждает корпус генератора лазерного луча.
Наплавочная голова, в свою очередь, оптически и пневматически связана с наращиваемой деталью, т.е. из наплавочной головы на деталь воздействуют лазер и защитный газ.
Деталь в свою очередь наращивается на наклонно-вращательном столе, т.е. связана с ней механически.
Рис. 5. Трехмерная модель установки
XI МЕЖДУНАРОДНАЯ НА УЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ
Рис. 6. - Установка в собранном виде
Также, был спроектирован кронштейн для того, чтобы скрепить в одну установку податчик проволоки, робот и наплавляющую головку.
Спроектированный кронштейн состоит из: прямоугольной детали с круглой полостью, соединяющий робот с податчиком проволоки, которая крепится на нее через пластину; боковых кронштейнов или «щек», скрепляющие наплавляющую головку с прямоугольной деталью.
Библиографический список:
1. 3D natives. The complete Guide to Directed Energy Deposition (DED) in 3D Printing [Электронный ресурс]: - Доступ к электронному ресурсу: https://www.3dnatives.com/en/directed-energy-deposition-ded-3d-printing-guide-100920194/# - (Дата обращения: 14.12.20).
2. DDM Lab. Технология DED/LMD [Электронный ресурс]: -Доступ к электронному ресурсу: https://www.ddmlab.ru/technology/ded /#:~:text=DED%2FLMD%20(Direct%20Energy%20Deposition,осуществ лять%20ремонт%20изношенных%20частей%20изделий - (Дата обращения: 12.12.20).
ИННОВАЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ
3. Adma. Directed Energy deposition (DED) [Электронный ресурс]: - Доступ к электронному ресурсу: https://ad-ma.ru/ded/ - (Дата обращения: 11.12.20).
4. GLOBALTEK3D. Технология BD-печати и аддитивного производства [Электронный ресурс]: - Доступ к электронному ресурсу: https://3d.globatek.ru/3d_printing_technologies/ - (Дата обращения: 15.12.20).
© Д.В. Шабанов, В. Ким, А. Бахитов, К.В. Пономарева 2021
