3D-printen en robotica combineren om slimme fabrieken te creëren

3D-printen in combinatie met industriële robots zou een nieuwe maar veelbelovende benadering van productie kunnen zijn.

Twee belangrijke drijfveren voor de ontwikkeling ervan:de noodzaak om grotere objecten nauwkeuriger en herhaaldelijk te creëren, en ook de mogelijkheid om meer geautomatiseerde en geïntegreerde productie te realiseren met 3D-printen. Naarmate productietechnologieën evolueren, zou deze combinatie een van de oplossingen kunnen zijn voor de groeiende beweging naar meer digitalisering en slimme productie.

robotica en 3D-printen combineren?

De combinatie van de industriële robots en 3D-printen kan op twee manieren worden bereikt. De eerste manier is om een ​​robotarm uit te rusten met een materiaaldepositiekop.

Dat is precies wat Stratasys heeft gedaan met zijn Robotic Composite 3D Demonstrator, onthuld op IMTS in 2016. De extrusiekop op basis van Stratasys' FDM-technologie werd gecombineerd met de industriële 8-assige motion control-hardware, waardoor de productie mogelijk werd. van grotere, lichtere en precieze onderdelen van thermoplastische filamenten.

Een andere manier om 3D-printen en robotica samen te brengen, is door een geïntegreerde oplossing te creëren waarbij industriële robots 3D-printen in verschillende productiestadia ondersteunen. Een goed voorbeeld is de in de VS gevestigde 3D-printservice, Voodoo Manufacturing, die een industriële robot heeft gecreëerd om het handmatige proces van het vervangen van de bouwplaat van een printer te automatiseren, waardoor de productiviteit op de fabrieksvloer wordt verhoogd.

De nabewerking van 3D-geprinte onderdelen kan ook worden geautomatiseerd met behulp van robotica. Methods 3D, een Amerikaans 3D-printbedrijf, demonstreerde het geautomatiseerd wassen, uitharden en afwerken van additief vervaardigde onderdelen, mogelijk gemaakt door Fanuc robotarmen, op IMTS 2016.

De voordelen van robotica

Industriële robots zijn geautomatiseerde machines die in staat zijn tot hoge herhaalbaarheid en bewegingsvrijheid in meerdere assen. 3D-printen staat bekend om het vermogen om op een snelle en kosteneffectieve manier onderdelen met complexe geometrieën te maken. In combinatie kan additieve robotproductie mogelijk grootschalige objecten creëren.

Met een meerassige robotarm kan een robot 3D-printer in verschillende richtingen bewegen en onder verschillende hoeken 3D-printen, waardoor de vrijheid om complexe vormen te creëren nog groter wordt. Bovendien gebruikt dit type technologie meestal geen ondersteunende structuren. Hoewel dit betekent dat objecten gemaakt met robot 3D-printen zelfdragend moeten zijn, kan deze uitdaging worden opgelost door het bouwplatform te heroriënteren, waardoor overstekken mogelijk worden.

De combinatie van robotica en 3D-printen is ook gunstig voor een beter materiaalbeheer. 3D-printen vermindert materiaalverspilling, omdat het materiaal alleen wordt gestort waar het nodig is. Robotic 3D-printen biedt daarom een ​​duurzame benadering van productie.

Hoewel de markt voor gerobotiseerde additieve fabricage nog in de kinderschoenen staat, biedt deze markt voor een aantal industrieën wel oplossingen, waarbij gebruik wordt gemaakt van verschillende materialen en technologieën.

De metaalgietindustrie kan bijvoorbeeld profiteren van het Robotic Additive Manufacturing (RAM)-systeem, ontwikkeld door Viridis3D. Momenteel biedt Viridis3D vier RAM-systemen, ontwikkeld in samenwerking met EnvisionTEC. In tegenstelling tot de FDM-gebaseerde Robotic 3D-printer van Stratasys, maakt het RAM-systeem gebruik van binder jetting-technologie en werkt het voornamelijk met zand. Het maakt gebruik van een industriële robotarm van ABB met een inkjetkop, die lagen zand en vloeibaar bindmiddel op een printplatform deponeert. Het zand wordt geleidelijk samengesmolten, waardoor een groot vast object ontstaat.

Een van de gebruikers van het RAM-systeem, de Hazleton Casting Company, is van mening dat 3D-robotica-zandprinten een game changer is voor de metaalgietindustrie, deels omdat het een schaalbaar platform biedt voor het produceren van op maat gemaakte, geometrisch complexe zandkernen en mallen sneller en op aanvraag.

3D-printen en robotica:gebruiksscenario's

De bouwsector zou een van de grootste begunstigden kunnen zijn van robot 3D-printen. Sommige bouwbedrijven hebben de industriële robotarmen gebruikt om 3D-printen met een reeks materialen.

De Franse start-up XtreeE heeft bijvoorbeeld een ABB-robotarm uitgerust met een betonnen extruder om complexe geometrische constructies tot 14 m hoog. Met deze 3D-printer kunnen ontwerpers en architecturen experimenteren met verschillende vormen dankzij de bewegingsvrijheid van de industriële robotarm. In samenwerking met civieltechnische en architectenbureaus heeft XtreeE een indrukwekkend projectenportfolio ontwikkeld. De XtreeE-projecten verkennen de concepten van duurzaam ontwerp en constructie en omvatten 3D-geprinte gevelpanelen, kolommen, banken en zelfs paviljoens.

Robotic additive manufacturing met metaal is ook mogelijk. MX3D Metal is een geweldig voorbeeld van een hybride 3D-printer, ontwikkeld door het Nederlandse bedrijf MX3D. De 3D-printer combineert een industriële robot en een lasmachine om grote metalen driedimensionale constructies te maken. Door gebruik te maken van een reeks metalen in draadvorm, smelt en versmelt de machine een kleine hoeveelheid materiaal tegelijk, waardoor een vrije-vormstructuur ontstaat zonder gebruik te maken van steunen. Het bedrijf haalde vorig jaar de krantenkoppen met de 3D-geprinte 12 meter lange stalen brug, die eind 2018 klaar en geïnstalleerd moet zijn.

Een ander bedrijf dat robotische 3D-printtoepassingen in de bouw ontwikkelt, is het in Londen gevestigde Ai Build. Sinds de oprichting in 2015 ontwikkelt Ai Build kunstmatige intelligentie en computervisie voor gebruik bij grootschalig 3D-printen. Dit resulteerde in AiMaker - een robotachtige, AI-aangedreven 3D-printtoolkop, die aan elke robotarm kan worden bevestigd, waardoor additieve productie van grootschalige architecturale stukken van plastic mogelijk wordt. AI-algoritmen in combinatie met sensoren en camera's stellen AiMaker in staat om het printproces te monitoren en eventuele problemen te detecteren.

Kijken naar de toekomst

Intelligente industriële robots en additieve machines in combinatie met kunstmatige intelligentie zouden een veel breder scala aan toepassingen kunnen hebben, waaronder slimme en geautomatiseerde reparatie. De Swinburne University of Technology werkt in samenwerking met het Innovative Manufacturing Cooperative Research Center (IMCRC) en Tradiebot Industries aan een project genaamd Repair Bot. Het project is gericht op de ontwikkeling van een geautomatiseerde reparatieservice voor kunststof auto-onderdelen. 3D-scannen en 3D-printen zullen worden gebruikt om een ​​vervangend onderdeel te maken, terwijl industriële robots het assemblageproces zullen automatiseren.

Uiteindelijk is de combinatie van additieve fabricage en robotica voordelig, niet alleen omdat het grote schaal 3D-geprinte objecten. In het grotere geheel helpen industriële robots de technologie te integreren met de conventionele geautomatiseerde productiesystemen. De automatisering van additive manufacturing en de integratie ervan in het industriële landschap zal uiteindelijk veel kansen bieden voor de slimme productie van de toekomst.