Robotarmen vs. Gantry-systemen: De beste 3D-printarchitectuur kiezen voor grootte en voetafdruk
Er is een eenvoudige scheiding in de 3D-printersector. De gevestigde markt bestaat voornamelijk uit machines die gedragen worden binnen een bewegingssysteem dat in een frame of gantry ingebouwd is, waarin glijrails en aandrijvingen ingebouwd zijn. Dit zijn gantry-machines. Aan de andere kant favoriseert een groot deel van de industrie grotere-schaalmachines gebaseerd op vrijstaande robotarmen, die de potentiële bouwwijdte vergroten terwijl ze een kleine voetafdruk van de machine behouden.
Het voordeel van robotarm-3D-printing toont zich pas echt bij grotere builds, waarin het buildvolume gedefinieerd wordt door de bereik van de arm in plaats van beperkt te zijn binnen de starre grenzen van een gantry. Dit artikel zal de verschillen tussen robotarmen vs gantry-systemen voor 3D-printing verder verkennen.
Wat is een robotarm voor 3D-printing?
Een robotarm voor 3D-printing is een mechanische arm die significant verschilt van de meer gangbare X-Y-Z-orthogonale benadering. Zo'n arm kan nuttig zijn omdat het apparaat in staat is om in een breder bereik van richtingen en orientaties te bewegen. Daarom vergemakkelijkt deze benadering het printen van 3D-objecten met meer vrijheidsgraden. Voor meer informatie, zie onze 3D-printer Robotarm-gids.
Figuur 1 is een voorbeeld van een robotarm 3D-printer:
Robotarm 3D-printing wordt niet veel gebruikt voor het maken van kleine onderdelen. Er zijn moeilijkheden op kleine schaal die orthogonale machines praktischer maken. Robotarmen neigen duurder te zijn dan hun gantry-gebaseerde tegenhangers, vooral op kleinere schalen.
In het algemeen, voor het printen van grotere onderdelen in de auto- en luchtvaartsector, zou een robotarm uitgerust worden met een 3D-print-extruder-printkop (FDM/FFF/FGF) of met een laser/TIG-laskop.
Beide kunnen materiaal depositeren om het finale object te creëren. De arm wordt geprogrammeerd om de extruder in een precies patroon te bewegen, het materiaal depositrend totdat het object compleet is. Echter, een dergelijke arm-opstelling kan opereren op een extrusie-gebaseerd proces dat de gelaagdheid verandert in een complexere structuur. Dit is omdat de extra vrijheidsgraden de arm in staat stellen de printproces op complexere manieren te benaderen (zoals niet-planaire printing).
Robotarm 3D-printing kan gebruikt worden om grote objecten en onderdelen met complexe geometrieën te printen die moeilijk of onmogelijk te creëren zouden zijn met orthogonale machines.
Wat kunnen robotarmen printen?
Robotarm 3D-printing voegt vrijheidsgraden toe die orthogonale machines niet kunnen bereiken. Enkele voorbeelden van wat het kan printen zijn hieronder vermeld:
- Grote objecten die te groot zijn voor typische 3D-printers. Voorbeelden zijn grote autodeelen, full-size meubels, architecturale componenten en gehele gebouwen.
- Door extruders te wisselen, kan een robotarm-printer meerdere materialen, verschillende kleuren of additieven gebruiken.
- Afhankelijk van de stijfheid en kwaliteit van het apparaat, kunnen robotarm-printers zeer precies in hun bewegingen zijn. Dit behoudt hoge precisie bij het uitvoeren van grote of complexe ontwerpen.
- Printen in ongewone vormen en orientaties is meer haalbaar vanwege de extra vrijheidsgraden van beweging. Dit kan printen direct op een gekromd oppervlak (niet-planaire printing) of printen op de onderkant van builds mogelijk maken.
- 3D-printen met complexe geometrieën is mogelijk, omdat de arm een materiaalpas kan afbreken en aan de andere kant van een obstructie verdergaan. Dit stelt het printen van in elkaar grepende objecten toe die vaak onmogelijk zijn met orthogonale 3D-printtechnieken.
De mogelijkheden van robotische 3D-printing zijn slechts beperkt door de grootte en stijfheid van de arm, de nauwkeurigheid en herhaalbaarheid van de beweging, en minder door de complexiteit van de objecten die geprint worden.
Wat zijn de voordelen van robotarmen voor 3D-printing?
Verschillende voordelen van robotarm 3D-printing ten opzichte van gantry/orthogonale machines worden als belangrijk beschouwd, waaronder:
- Printgebied/Volume: Deze benadering stelt zeer grote prints toe met een relatief kleine machine, beperkt alleen door het volume van de bereik.
- Grootte: Kleinere apparaten kunnen grotere prints leveren.
- Kosten/grootte:
- Geometrie van onderdeel: Robotarmen bieden veel minder beperkingen in bouwgeometrie vanwege hun multi-axis toegang tot de build.
- Anisotrope controle: De "graan" van de build kan per regio geselecteerd worden, omdat strikte uniaxiale gelaagdheid niet vereist is. Dit stelt de kracht van het deel in staat om verscheidene keren georiënteerd te worden voor betere algehele robuustheid van prints.
Wat zijn de nadelen van robotarmen voor 3D-printing?
Terwijl robotarm 3D-printing voordelen biedt ten opzichte van orthogonale printmethoden, zijn er ook nadelen, waaronder:
- Het opzetten van robot 3D-printing is duur, de kosten zijn belemmerend voor kleinere bedrijven of individuen.
- Robot 3D-printing vereist een aanzienlijk hoger technisch expertise-niveau dan orthogonale/gantry-printers, wat betreft het creëren/uitvoeren van printjobs en de initiële hardware-opstelling.
- Robots zijn niet intrinsiek afgeschermd en kunnen toeschouwers gemakkelijk verwonden. Barrières en inbraaksensoren moeten gebruikt worden.
- Als alle machines vereisen robotarmen regelmatig onderhoud en occasionele reparaties. Dit is waarschijnlijk veel duurder en tijdrovender dan voor orthogonale/gantry 3D-printers.
Heeft een robotarm 6 assen?
Ja, robot 3D-printers hebben vaak zes assen, maar veel robotarmen hebben minder vrijheidsgraden. Een zes-as robotarm heeft zes assen van beweging: drie rotatieassen (rol, stamp, en gieren) en drie translatieassen (omhoog-omlaag, links-rechts, en vooruit-achteruit). Zes-as mobiliteit is de norm in industriële robotarmen die voor 3D-printing gebruikt worden. Sommige robot 3D-printers kunnen meer dan zes assen (of minder) hebben, afhankelijk van hun beoogde toepassing.
Wat is een gantry-systeem voor 3D-printing?
Een gantry-systeem voor 3D-printing is een structuur bestaande uit balken en glijrails die een printkop/extruder ondersteunen en de beweging ervan leiden tijdens het transiteren en printen. De kritieke functies zijn rigiditeit en precisie, het plaatsen van het printtoepassingspunt precies binnen de build. Het gantry-systeem stelt een grotere bouwhoogte (en dus volume) toe dan delta of cartesiaanse printers. Gantry-systemen zijn doorgaans toepasbaar op de meeste 3D-printtechnieken. Het Z-as-mechanisme dat de printdiepte toestaat is het resultaat van een beweging van de gantry, die een Z-as-mechanisme draagt - of van de beweging van de build-tafel op een apart mechanisme.
Gantry-systemen zijn wijdverspreid in zowel industriële/professionele als thuis/hobby-machines vanwege hun intrinsieke stijfheid en groot buildvolume-potentieel. Figuur 2 is een voorbeeld van een gantry-systeem voor 3D-printing:
Veelgestelde vragen over robotarmen vs. gantry-systemen
Wat is het hoofdvoordeel van een robotarm ten opzichte van een gantry-systeem voor 3D-printing?
Het hoofddoordeel van de robotarm ten opzichte van het gantry-systeem voor 3D-printing is zijn lange bereik/grote buildvolume bij grote prints. Het verplaatsen van een grote orthogonale gantry-printer naar een bouwlocatie vereist doorgaans demontage voor transport, wat de locatie-opstelling extreem uitdagend maakt. Een robotarm kan inkrimpen tot matige grootte en gemakkelijk op de beoogde bouwlocatie geplaatst worden.
Wat is het hoofddoordeel van een gantry-systeem ten opzichte van een robotarm voor 3D-printing?
Gantry-gebaseerde 3D-printers kosten minder om te kopen, te bedienen en te onderhouden dan robotarm-gebaseerde machines.
Welk 3D-printertype wordt voor bouw gebruikt?
Zowel gantry- als robotarm-3D-printertypen worden voor gebouwconstructie gebruikt, afhankelijk van een reeks factoren zoals grootte. Build-in-place wordt vaker uitgevoerd door robotarm-printers, terwijl componentproductie op een vaste locatie praktischer is met een gantry-gebaseerde machine.
Welk 3D-printertype wordt voor metaalprinting gebruikt?
De meeste metalen 3D-printers (vooral die gebaseerd op Powder Bed Fusion) gebruiken lasers en spiegels die draaien, de laser richtend op het bed. Ze zijn noch robotisch noch gantry-gebaseerde systemen. Ze opereren doorgaans in gecontroleerde omgevingen met inerte gassen en zijn beter geschikt voor kleinere onderdelen.
Echter, bepaalde metaalprinttechnologieën, met name die gebruikt voor het maken van grotere onderdelen, kunnen robotarmen gebruiken. WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing) systemen hebben vaak een booglasser gemonteerd op een robotarm.
De voordelen van robotarm-gebaseerde printing in grotere machines maken dit een praktische, maar niet gangbare optie die de markt (en daarom machinefabrikanten) een toenemend belang toont.
Heffen deze 3D-printers onderhoud?
Ja, alle 3D-printers vereisen uitgebreid regelmatig onderhoud om betrouwbare precisie te leveren. In sommige opzichten vereisen 3D-robotarm-printers minder regelmatig onderhoud, maar dat onderhoud is aanzienlijk complexer en duurder om uit te voeren.
Hebben deze 3D-printers een beperkt printbaar gebied?
De meeste 3D-printers hebben beperkingen in bouwbare gebieden, tenzij ze mobiliteit hebben (zoals de CyBe RT beton 3D-printer), of een "oneindige" as, in de vorm van een transportband.
Kunnen deze 3D-printers lang duren?
Ja, 3D-printers kunnen lang duren als het onderhoud grondig en regelmatig is, en de benodigde onderdelen beschikbaar blijven. Deze machines zullen blijven functioneren zolang ze kosteneffectief zijn. Veroudering komt snel in deze sector, aangezien machines in prestaties overtroffen worden of in printkosten ondermijnd door nieuwe ontwikkelingen. Het is waarschijnlijk dat de commerciële haalbaarheid van machines het beslissende factor zal zijn in hun voortgezette operatie.
Dean McClements
Dean McClements is een B.Eng Honors-afgestudeerde in Werktuigbouwkunde met meer dan twee decennia ervaring in de productie-industrie. Zijn professionele loopbaan omvat significante rollen bij toonaangevende bedrijven zoals Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace en Hyster-Yale, waar hij een diep begrip ontwikkelde van engineeringprocessen en innovaties.
Lees meer artikelen van Dean McClements
3d printen
- Zandgieten revolutioneren met Stratasys FDM-technologie
- Carbon‑Fiber Houtzaag: Een Lichtgewicht Tool Geprint Op De Markforged Mark Two
- Van Prototype Naar Productie: Validatietesten Beheersen In Hardware-ontwikkeling
- Startups Productontwikkeling Versnellen: Van Idee Naar Prototype
- TPE vs TPU: Belangrijkste verschillen & de juiste keuze voor 3D-printen
- Kwaliteitscontrole Verhogen: 3D‑Geprint Tooling Verbetert Productieprecisie
- Auburn University verbetert hulpmiddelen: 3D-geprinte prothesen revolutioneren zorg
- Composiet 3D-printen: Een groeiende technologie klaar voor industriële impact
- 3D-prototyping: Productontwikkeling versnellen met snelle, kosteneffectieve 3D-printing
- De juiste productiemethode kiezen: 3D-printen vs CNC-bewerking uitgelegd
- Professionele Afwerkingstechnieken voor FDM 3D-prints