Robotarmen voor 3D-printen:toonaangevende fabrikanten, voordelen en nadelen

Een robotarm voor een 3D-printer is een industriële, gelede mechanische arm waaraan een 3D-printkop is bevestigd. Dit biedt schaal en veelzijdigheid om 3D-printen op industriële schaal mogelijk te maken. Het kan worden toegepast op verschillende 3D-printtechnologieën, zoals wire-arc additive manufacturing voor het printen met metaal, of pellet-extrusie voor het printen met pellets. 3D-printrobots worden in hoog tempo ontwikkeld, met vanwege hun schaalgrootte veel potentiële toepassingen in de bouwsector. Er zijn talloze samenwerkingen gaande met leveranciers van robotarmen en externe 3D-printspecialisten, om verschillende benaderingen van additieve productie op grote schaal te ontwikkelen en te commercialiseren. Dit artikel bespreekt de robotarm van de 3D-printer, de fabrikanten, de voordelen en nadelen. 

Wat is een robotarm voor 3D-printen?

Een robotarm voor 3D-printen is een vorm van robotarmproductie. Een industriële, gelede robotarm wordt gebruikt om een ​​printkop te verplaatsen om zo een onderdeel te vervaardigen. Het kan ook robotadditieve productie (RAM) worden genoemd. Het kan gebruik maken van gevestigde methoden van 3D-printen, zoals Fused Deposition Modeling (FDM) of gerichte energiedepositie (DED), maar het voedingsmateriaal wordt verplaatst en gepositioneerd door een robotarm in plaats van door een portaal. Figuur 1 hieronder toont een standaard gelede robotarm die wordt gebruikt in industriële toepassingen:

Raadpleeg onze gids Alles over 3D-printen voor meer informatie.

Wat zijn de voordelen van een robotarm voor 3D-printprojecten?

3D-printen met robotarmen heeft een aantal waardevolle voordelen, waaronder:

1. Door een robotarm voor 3D-printen te gebruiken, kunnen modellen op grotere schaal (>1 m in elke afmeting) direct worden afgedrukt in vergelijking met typische, op zichzelf staande 3D-printers. Als de robot kan bewegen, kunnen modellen tot wel 30 m in één dimensie worden afgedrukt.
2. De vijf- of zesassige beweging zorgt voor bewegingsvrijheid voor de 3D-printkop. Het geeft de mogelijkheid om complexe paden te volgen om componenten te bouwen.
3. Met robotarmen kunnen de meeste modellen zonder steunen worden gebouwd, vanwege de bewegingsvrijheid van de printkop. Om ondersteuning op sommige modellen echter volledig te vermijden, moet het bouwplatform mogelijk ook worden verplaatst, zodat het model kan worden geheroriënteerd.
4. Een robotarm kan worden uitgerust met een verscheidenheid aan 3D-printarmaturen, waaronder apparaten waarmee meerdere toevoermaterialen kunnen worden gebruikt, zoals WAAM of CBAM.

Wat zijn de nadelen van robotarmen voor 3D-printprojecten?

3D-printen met robotarmen kent een aantal complicaties en beperkingen, waaronder:

1. Het gebruik van een robotarm voegt aanzienlijke kosten toe, bovenop een additief productiesysteem dat al duur is. De gecombineerde opzet zal naar verwachting meer dan $100.000 kosten.
2. Complexiteit.
3. De meeste 3D-printopstellingen met een robotarm worden samengesteld met de arm van de ene gespecialiseerde leverancier, de printkop van een andere leverancier en mogelijk software van een derde. Het is niet gebruikelijk of gemakkelijk om een ​​alles-in-één oplossing bij één aanbieder af te nemen. Dit brengt wel enige problemen met zich mee bij de integratie van de verschillende platforms.

Wat zijn de verschillende oplossingen van fabrikanten voor robotarmen voor 3D-printen?

Over het algemeen zijn er fabrikanten van robotarmen die de robots leveren en samenwerken met 3D-printorganisaties. Dan zijn er de 3D-printtechnologiepartners, die hun specifieke aanpak voor additive manufacturing ontwikkelen, met de hulp van de robotarmleveranciers. Hieronder vindt u enkele van de verschillende fabrikanten van 3D-printen met robotarmen:

1. ABB

ABB is een grote, multinationale onderneming. De entiteit die zich bezighoudt met het ontwerpen en leveren van robotarmen is ABB Robotics. ABB levert niet alleen robots, maar ook de populaire RobotStudio®-software en werkt samen met gespecialiseerde organisaties zoals Massive Dimension om de 3D-printtechnologie verder te ontwikkelen.

2. KUKA

KUKA is een Duits automatiserings- en roboticabedrijf dat veel wordt gebruikt voor 3D-printers met robotarmen. Het is ook gespecialiseerd in collaboratieve robots die naast mensen werken. KUKA werkt samen met andere 3D-printteams, zoals Orbital Composites, en hun robots worden gebruikt voor meerdere verschillende 3D-printtoepassingen.

3. Comau

Comau is een Italiaanse leverancier van automatisering en robotica. Het is vooral gericht op het integreren van IoT en AI in de werking van zijn robotarmen. Externe 3D-printbedrijven zoals CEAD en Continuous Composites gebruiken robotarmen van Comau voor de productie.

4. De robotarm van Hyperion Robotics

Hyperion is ontstaan in Helsinki, Finland, en richt zich op de bouwsector. Het bedrijf heeft zijn eigen bouwmengsel ontwikkeld voor extrusie tot 3D-geprinte structuren, waardoor het cementgehalte wordt beperkt en gerecycled afvalmateriaal wordt gemaximaliseerd.

5. CEAD

CEAD is gevestigd in Delft, Nederland. Het is uniek omdat het zich richt op het combineren van 3D-printen en CNC-freesmogelijkheden in één enkele eenheid. Vooral de AM Flexbot van CEAD vindt veel toepassingen als één enkel productiestation.

6. DXR-serie van Weber Additive

Het Duitse Weber Additive staat bekend om zijn DXR-serie 3D-printers met robotarmen. Ze gebruiken een extruder voor additieve productie met polymeren.

7. Orbitale composieten

Orbital Composites is een pionier in de 3D-printindustrie voor robotarmen. De Orbital S was de eerste robot-3D-printer op industriële schaal en heeft een indrukwekkende snelheid van 2 m/s.

8. Enorme dimensie

Massive Dimension richt zich op grootschalig 3D-printen en levert kant-en-klare robotprintcellen. De technologie richt zich op de extrusie van polymeerpellets.

9. Dyze Design Pulsar

De Pulsar™ van Dyze Design is een grootschalig additief productiesysteem voor pellet-extrusie met de bedoeling een reeks bedrijfsomstandigheden te beheersen. Met een hitteschild, waterkoelingscircuit en meerdere spuitmondgroottes kan de Pulsar printen met een reeks verschillende polymeren.

10. MX3D

MX3D uit Nederland staat algemeen bekend om het 3D-printen van een stalen voetgangersbrug, die momenteel in Amsterdam is geïnstalleerd. MX3D richt zich op het printen met metalen met behulp van de WAAM-technologie en is zelfs zo ver gegaan dat het hiervoor zijn eigen speciale software heeft ontwikkeld.

11. Continu composieten

Continuous Composites heeft succes getoond met zijn gepatenteerde koolstofvezelprinttechnologie CF3D. Het bedrijf heeft een contract van NASA gekregen om onderdelen voor gebruik in de ruimte te produceren.

12. Branchetechnologie

Branch Technology richt zich op 3D-printconstructies, zoals een volledig 3D-geprint paviljoen in Nashville. Het bedrijf werkt samen met architecten en ontwerpers om de toepassing van 3D-printen voor gebouwen te stimuleren.

Hoe werkt een robotarm voor 3D-printen?

Een robotarm voor 3D-printen werkt vrijwel hetzelfde als een typische industriële robotarm, alleen is er aan het uiteinde van de arm een printkop gemonteerd. De robotarm heeft meerdere gewrichten, die elk enige bewegingsvrijheid bieden, en in totaal vijf- of zesassige besturing bieden. De robot kan vervolgens de printkop in een reeks mogelijke posities verplaatsen, kantelen en positioneren. Op deze manier beweegt de robotarm de printkop over een onderdeel om meerdere lagen en contouren te printen.

Wat zijn de softwareopties voor 3D-printen met robotarmen?

Software voor het printen van robotarmen richt zich op het berekenen van het optimale pad dat de robotkop moet afleggen om het model nauwkeurig af te drukken. Hieronder staan drie populaire opties voor software:

1. RobotStudio ® 3D-printen PowerPac van ABB: De software kan verschillende additieve productieprocessen beheren, zoals lassen of printen met korrels. De volledige print kan worden gesimuleerd en gevisualiseerd in RobotStudio®, voordat deze naar de daadwerkelijke robot wordt gestuurd om te bouwen.
2. AdaOne van ADAXIS: De padplanningssoftware kan met een aantal verschillende robotmerken en hun interne programmeertaal werken. Het kan met meerdere printmaterialen werken.
3. MetalXL van MX3D: Deze software is specifiek voor WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing), de focus van MX3D. Het bevat modules voor de haalbaarheid van afdrukken en padplanning, simulatie en controle van de afdruk, en analyses na het afdrukken.

Veelgestelde vragen over robotarmen van 3D-printers

Hoe lang kan een robotarm met 3D-printen meegaan?

De verwachting is dat 3D-printrobotarmen een levensduur van ongeveer acht jaar zullen hebben. Dit is gebaseerd op de huidige levensduur van industriële gelede robotarmen die in meerdere industrieën worden gebruikt. Deze robots kunnen wel twintig jaar nuttig functioneren. De toepassing ervan in 3D-printen is echter nog vrij recent en onder intensieve ontwikkeling, dus deze langere levensduur is minder waarschijnlijk. Hoewel de robot na acht jaar misschien nog steeds goed functioneert, zal de 3D-printmachine die aan het uiteinde van de robotarm is gemonteerd waarschijnlijk niet zo lang meegaan. Dit komt zowel door hun recente ontwikkeling als omdat ze irrelevant kunnen worden vanwege het snelle tempo van de technologische evolutie.

Kan een robotarm huizen printen?

Nee, typische gelede robotarmen kunnen geen huizen printen. 3D-printers met robotarmen hebben een beperkt printvolume, bepaald door de afmetingen van de arm en de afstand tot de vaste basis. Daarom zijn 3D-printers met robotarmen over het algemeen alleen in staat componenten te printen, die vervolgens kunnen worden samengevoegd tot grotere objecten zoals gebouwen. Grootschalige 3D-printers die huizen kunnen printen, zijn gespecialiseerde versies van een 3D-printer in portaalstijl, waarbij een grotere structuur wordt opgetrokken om een ​​voldoende groot printvolume voor een huis te kunnen bestrijken.

Heeft een robotarm een beperkt afdrukgebied?

Ja, een robotarm heeft een beperkt bedrukbaar gebied. De meeste robotarmen hebben een stationaire basis en hebben daarom een ​​bereik rond die basis dat beperkt wordt door de lengte van de arm. Bij 3D-printen ligt dat bereik in de buurt van 1,5 meter. Sommige robotarmen zijn op rails gemonteerd, waardoor er in die richting een extra bedrukbaar gebied ontstaat. Het afdrukbare gebied wordt echter van nature nog steeds beperkt door het praktische bereik van de robotarm.

Zijn robotarmen voor hun kwaliteit afhankelijk van 3D-software?

Ja, robotarmen zijn voor de kwaliteit van het uiteindelijke geprinte onderdeel afhankelijk van de 3D-software. 3D-printen op grote schaal is ongelooflijk complex en de beweging van de robotarm moet zorgvuldig door de software worden geregeld. Afhankelijk van het materiaal waarmee wordt geprint en de kenmerken van krimp bij temperatuur en vocht, zal de software die het printen regelt, die krimp moeten kunnen modelleren. Bovendien moet de software het ontwikkelende onderdeel nauwkeurig modelleren terwijl het wordt gebouwd, om ervoor te zorgen dat de robotarm niet in botsing komt met het bouwwerk terwijl het groeit. Software die de eigenschappen van het voedermiddel tijdens het stollen niet nauwkeurig kan modelleren, zal geen goede eindkwaliteit opleveren, ongeacht de bewegingsprecisie waartoe de robotarm in staat is.

Wat is het verschil tussen een robotarm en een portaalsysteem voor 3D-printen?

Er zijn een aantal verschillen tussen een robotarm en een portaalsysteem voor 3D-printen. Het eerste verschil is dat een robotarm in zes assen kan bewegen, terwijl een portaalsysteem slechts in drie assen kan bewegen. Dit betekent ook dat robotarmen beter geschikt zijn voor het printen van gebogen en bolvormige voorwerpen, terwijl portaalsystemen beter geschikt zijn voor kubusvormige prints. Portaalsystemen kunnen echter grotere eenheden printen dan robotarmen. De algemene nauwkeurigheid van portaalsystemen is doorgaans ook beter dan die van robotarmen. Robotarmen hebben een zeer goede puntnauwkeurigheid (op een specifiek eindpunt), maar hun nauwkeurigheid langs een reispad wordt nog steeds verbeterd. Raadpleeg onze gids over robotarm versus portaalsysteem voor 3D-printen voor meer informatie.

Samenvatting

Dit artikel presenteerde de robotarm van de 3D-printer, legde uit wat het is en besprak de verschillende toepassingen ervan. Neem voor meer informatie over robotarmen van 3D-printers contact op met een vertegenwoordiger van Xometry.

Xometry biedt een breed scala aan productiemogelijkheden, waaronder 3D-printen en andere diensten met toegevoegde waarde voor al uw prototyping- en productiebehoeften. Bezoek onze website voor meer informatie of vraag een gratis en vrijblijvende offerte aan.

Auteursrecht- en handelsmerkkennisgevingen

1. RobotStudio® is een geregistreerd handelsmerk van ABB AB, Västeras, Zweden
2. Pulsar™ is een handelsmerk van Dyze Design Inc., LeMoyne, Quebec

Disclaimer

De inhoud die op deze webpagina verschijnt, is uitsluitend voor informatieve doeleinden. Xometry geeft geen enkele verklaring of garantie van welke aard dan ook, expliciet of impliciet, met betrekking tot de nauwkeurigheid, volledigheid of geldigheid van de informatie. Eventuele prestatieparameters, geometrische toleranties, specifieke ontwerpkenmerken, kwaliteit en soorten materialen of processen mogen niet worden afgeleid als representatief voor wat externe leveranciers of fabrikanten via het netwerk van Xometry zullen leveren. Kopers die offertes voor onderdelen zoeken, zijn verantwoordelijk voor het definiëren van de specifieke vereisten voor die onderdelen. Raadpleeg onze algemene voorwaarden voor meer informatie.

Dean McClements

Dean McClements is afgestudeerd aan de B.Eng Honours in Werktuigbouwkunde en heeft meer dan twintig jaar ervaring in de productie-industrie. Zijn professionele carrière omvat belangrijke functies bij toonaangevende bedrijven zoals Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace en Hyster-Yale, waar hij een diep inzicht ontwikkelde in technische processen en innovaties.

Lees meer artikelen van Dean McClements