magyar elektronika

E-mail cím:*

Név:

{a-feliratkozással-elfogadja-az-adl-kiadó-kft-adatvédelmi-és-adatkezelési-tájékoztatóját-1}

beckhoff lidTwinCAT 3 Plastic Processing Framework extruder-vezérléshez és TwinCAT CNC az additív gyártástechnológiában

A belgiumi Limburg-ben tevékenykedik a Colossus nevű startup vállalkozás, amelynek neve mindent elárul – a vállalat birtokolja az egyik legnagyobb hordozható 3D műanyagnyomtatót, amelyet a belgiumi Houthalenben található IMA gépgyártóval közösen fejlesztett ki. A nyomtató egyedinek számító vezérlését a Beckhoff megoldása biztosítja, amely nemcsak a gép mozgó tengelyeire hat, hanem a nyomtatófejben lévő extruder hőmérsékletét is befolyásolja.

 

Tervei szerint a Colossus nagy méretű haszon- és dísztárgyakat – például kültéri bútorokat vagy dekorációs elemeket – gyárt majd az új 3D nyomtatóval. A nyomtató nyersanyagként újrahasznosított műanyagot dolgoz fel, aminek következtében további különleges követelményeknek kell megfelelnie. Mindennapos alkalmazása mellett, a vállalat az érdeklődés felkeltése érdekében a 3D nyomtatót konténerbe szerelve szakvásárokon és fesztiválokon is kiállítja majd. Ilyen eseményeken a látogatók azonban csak akkor tapasztalhatják meg a 3D gyártás lebilincselő élményét, ha a termékek gyorsan készülnek el – sokkal gyorsabban, mint ami a szokásos technológiákkal jelenleg lehetséges. A Colossus tehát rendkívül nagyratörő feladattal bízta meg az IMA gépgyártó céget.
Az újrahasznosított anyagokat a gép az úgynevezett FGF-folyamatot (Fused Granular Fabrication – olvadt szemcsés gyártás) alkalmazva dolgozza fel, amely során a műanyag-granulátumot egy extruderben megolvasztja, és a végterméket az anyag rétegenkénti felvitelével állítja elő.
Az extruder nyomtatófejének térbeli mozgását ebben az esetben egy különleges lineáris keretszerkezet biztosítja.

 

beckhoff

A Colossus, a világ egyik legnagyobb szállítható 3D nyomtatója nagy méretű tárgyak, például székek gyors legyártására is képes

 

Nagy méretű 3D tárgyakhoz nagy adatmennyiségek szükségesek

A rendszer a lineáris keretszerkezet hajtásvezérlési adatait két lépésben határozza meg: először G-kódot állít elő a végtermék háromdimenziós modellje alapján. Ezt a vezérlő feldolgozza és kiszámítja, hogyan kell mozognia térben a nyomtatófejnek. Mindkét lépés nagy számítási teljesítményt igényel.
Az IMA csapata – Dries Daniels projektmérnök, Chris Briers vezető automatizálási mérnök és Thomas Voets hardvermérnök – egy XYZ-keretszerkezetet fejlesztett ki a 3D nyomtató hajtásaként. Mind az X-, mind az Y-tengelyt fogasszíjak hajtják, így az Y-tengely nem igényel külön motort. A cél a súlymegtakarítás volt, mivel az extruder egymagában 70 kg-ot nyom. Ehhez a megoldáshoz azonban egy további számítási lépés szükséges, ami a helyes X- és Y-koordinátákat a fogasszíjak hajtásához szükséges adatokká alakítja.
Magát az XYZ-keretszerkezetet négy orsóra szerelték, amelyek mindegyike önálló szíjhajtással rendelkezik. Így biztosítható, hogy a nyomtatás síkja tökéletesen párhuzamos legyen az X- és Y-tengely által kifeszített síkkal.

 

beckhoff2

A konténerben összeállított hatalmas 3D nyomtatószerkezettel végzett termékgyártás a kiállítások közönségei számára is látható módon zajlik, látványos és egyértelmű képet adva az IMA vállalat 3D nyomtatójának működéséről

 

A nyílt platformú vezérlés előnyeinek kihasználása

A nyomtató vezérléséhez nyílt platformként a Beckhoff PC-alapú vezérléstechnikáját választották. „Kezdettől fogva világos volt, hogy csak egy nyílt rendszerben tudjuk biztosítani az összes rendszerelem egymás közötti kommunikációját” – foglalta össze a döntés hátterét Chris Briers dióhéjban. Az egyik ilyen rendszerelem az extruder fűtőzóna-vezérlése. Az IMA ezt a TwinCAT 3 Plastic Processing Framework szoftverrel oldotta meg. Mint Briers kifejtette: „Az extruder hat darab, hárompontos vezérlésű fűtőzónával rendelkezik. Mindegyik zónában található egy fűtősáv és egy hűtőventilátor. A folyamat stabilitása érdekében ezeket az eszközöket pontosan kell vezérelni. Az olvadék áramlását egy motorvezérlésű zárószelep indítja el és állítja le, ez szabályozza az áramlási sebességet. A szelep működése zavarváltozó a hőmérséklet-vezérlő számára, amit kompenzálni kell.” Az extruder állandó mértékű nyersanyag-átbocsátással működik. Ez azt jelenti, hogy a nyomtatófejet a végtermék geometriája szerint kell vezérelni, a felhasználónak pedig önállóan be kell tudnia állítani a megfelelő paramétereket.

 

beckhoff3

A 3D nyomtató hajtásaként működő XYZ-keretszerkezet: az X- és az Y-tengelyt fogasszíjak hajtják; a kívánt X- és Y-koordinátákat egy kiegészítő számítási eljárás alakítja át a fogasszíjak hajtásvezérléséhez szükséges adatokká

 

Egyszerűbb megvalósítás extrudálási és CNC-vezérlési könyvtárakkal

Az IMA által kifejlesztett megoldás alapja egy C6030 típusú, ultrakompakt ipari PC, valamint három darab kettős és egy darab egyszeres beavatkozószerv – ez utóbbiakat AX5000 típusú szervohajtásokkal vezérlik. A megjelenítő programot .NET kódban írták, ezért a megjelenítés elrendezése könnyen a felhasználói igényekhez igazítható.
A vezérlőszoftver nagy mennyiségű G-kód formátumú adat beolvasására és feldolgozására képes.
A TwinCAT CNC interpolálással és kinematikus transzformálással számítja át a virtuális X- és Y-tengelyt az XYZ-keretszerkezet A- és B-tengelyére. A G-kódok feldolgozása általánosan alkalmazott CNC-funkció, amely az extruder fűtésvezérléséhez hasonlóan a TwinCAT szoftver egy beépített könyvtáraként érhető el. E könyvtárak segítségével a rendkívül összetett feladatok megvalósítása a választható funkciók paraméterezésére egyszerűsödik le.
Az extruder hőmérsékletét a TwinCAT 3 Plastic Processing Framework (TF8540) nevű programmodul vezérli. A rendszer automatikusan meghatározza a vezérlés paramétereit (önbeállítás). Ezek az optimalizált paraméterbeállítások gyors, ugyanakkor kis túllövésű felfűtést tesznek lehetővé.
Az egyes zónák hőmérsékletértékeinek kiolvasása, valamint a fűtő- és hűtőelemek vezérlése az extruderbe épített, IP 67 védelmi besorolással rendelkező EtherCAT Box be/kimeneti modulokkal történik.
A TwinSAFE terminál az extruderben uralkodó nyomás figyelésével biztosítja a biztonságos működést.
A gép kezelőpanelje rendkívül fontos a 3D nyomtatás izgalmas lehetőségeinek nagyközönség számára történő, optimális bemutatása szempontjából.
Az IMA erre a célra a vonzó megjelenésű, 12 coll képernyőátló-méretű kijelzővel rendelkező, CP2912 típusú többérintéses vezérlőpanelt választotta.

 

Lenyűgöző nyomtatási sebesség

A Colossus minden szempontból páratlan 3D nyomtatója bámulatos eredményeket produkál. Kreatív kialakítása révén a lehető legjobban használja ki a szállító- és kiállítási konténerben rendelkezésre álló helyet. Akár 2,72 × 1,25 × 1,5 m méretű alkatrészek nyomtatására is képes, kimeneti kapacitása pedig tetemes, elérheti a 15 kg/h-t. Kellően nagy felbontás érhető el 2–8 mm közötti fúvókamérettel. A nyomtatott termékek a kívánt utófeldolgozástól függően azonnal használhatók. Igény esetén utófeldolgozási technikák alkalmazásával különféle minőségű felületek hozhatók létre.
2018 áprilisában elkészített első nyomtatóját a Colossus több rendezvényen és kiállításon is bemutatta már, ahol a résztvevők nagy érdeklődést tanúsítottak az óriási 3D nyomtató és az újrahasznosítás új módszere iránt. Terveik szerint ezért a jövőben több ilyen nyomtatót fognak legyártani különféle termékek ipari volumenű gyártására.

 

beckhoff4

A vezérlőszekrényben látható a Beckhoff C6030 típusú ultrakompakt ipari PC és a hozzá kapcsolódó EtherCAT-terminálok (középen jobb oldalon), valamint az AX5000-sorozatú szervohajtások (középen) és a 12 coll képernyőátló-méretű, CP2912 típusú többérintéses vezérlőpanel (bal oldalon)

 


Összefoglalás

Műanyagipari megoldások
Extrudervezérlések alkalmazása szállítható 3D nyomtatókhoz.

 

A felhasználó számára biztosított lépéselőnyök
A vezérlőrendszer nagy adatmennyiségeket dolgoz fel.
Járulékos számítási műveleteknek köszönhetően nincs szükség motorra az Y-tengely esetében.

 

Alkalmazott PC-alapú vezérlés
A nyílt rendszerű PC-alapú vezérlés a legkülönfélébb gépelemek közötti kommunikációt teszi lehetővé.
A C6030 típusú ultrakompakt ipari PC lehetővé teszi nagy adatmennyiségek feldolgozását.
A TwinCAT 3 Plastic Processing Framework szoftver (TF8540) az extruder vezérléséhez minden funkcióval rendelkezik.
A TwinCAT CNC interpolálással és kinematikus transzformációval alakítja át a virtuális X- és Y-tengelyt az XYZ-keretszerkezet A- és B-tengelyére.
A nyomtatófej dinamikus és pontos mozgatását AX5000 típusú szervohajtások biztosítják.

 

 

www.beckhoff.hu/plastics

www.madeinlimburg.be/bedrijven/colossus

 

Képek/szerzői jogok: Colossus, Belgium

 

BECKHOFF Automation Kft.
1097 Budapest, Gubacsi út 6.
Tel.: + 36 1 501 9940
E-mail: info@beckhoff.hu
www.beckhoff.hu

 

még több Beckhoff