Inkrementalno oblikovanje lima bez upotrebe alata (dijelova kalupa) predstavlja rješenje za visoko-miksne, prilagođene proizvode u preciznom štancanju metala.
Šestoosni roboti su već decenijama neizostavan alat na fabričkim podovima, posebno u primjenama poput rukovanja materijalom i tačkastog zavarivanja. Međutim, kako se tehnologije digitalne proizvodnje nastavljaju razvijati, industrija bilježi pojavu inovativnih primjena ovih preciznih i tačnih robota, uključujući CNC obradu, nanošenje materijala za aditivnu proizvodnju, pa čak i inkrementalno oblikovanje lima bez alata, poznato i kao roboformiranje.
Termin „bez alata“ vjerovatno vam je izmamio znakove dolara u očima ako ste inženjer koji traži nove načine za smanjenje troškova u procesu oblikovanja. Kao što se šest osa smatra ključnom prednošću u aditivnoj proizvodnji, sposobnost roboformiranja da proizvede dio bez kalupa predstavlja njegovu glavnu prednost, kao i kod drugih digitalnih proizvodnih procesa. Ove tehnologije omogućavaju da se sirov materijal pretvori u gotov dio bez potrebe za specijalnim alatima. Potrebne su samo prilagođene digitalne instrukcije.
Šta je robotsko inkrementalno oblikovanje lima (RISF)?
Osnovni koncept ove tehnike podrazumijeva robota opremljenog kaljenim čeličnim alatom sfernog oblika koji se inkrementalno pritiska na površinu lima, najčešće metalnog, izazivajući plastičnu deformaciju. Milimetar po milimetar, deformacija se postepeno gura i oblikuje sve dok se lim ne dovede u konačni oblik dijela. Proces je sličan metalnom predenju, ali bez rotacije.
Inkrementalno oblikovanje se još od 1990-ih godina izvodilo pomoću modifikovanih CNC glodalica. Međutim, prednost robotskog inkrementalnog oblikovanja lima leži u radnom prostoru. Kod CNC mašina, veličina dijela je ograničena dimenzijama radnog stola. Ako vaša radionica ima CNC mašinu velikog formata, vjerovatno zarađujete previše koristeći je za njenu primarnu namjenu da biste je koristili za inkrementalno oblikovanje lima.
U prošlosti se roboformiranje često izvodilo pomoću dva robota koji rade zajedno — jedan robot je stvarao deformaciju, dok je drugi sa suprotne strane lima pružao kontra-pritisak. Danas su, međutim, mogući sistemi sa samo jednim robotom. Prvo se lim fiksira u držač (čelični okvir). Zatim robot izvodi zadatu putanju alata.
Kreiranje putanje alata zahtijeva analize poput metode konačnih elemenata (FEA) kako bi se povećala strukturna stabilnost tankog metalnog lima. CAM softver se koristi za generisanje putanje alata na osnovu CAD modela željene geometrije. Programerima koji su upoznati s CNC glodanjem, dodatni korak konverzije G-koda u programske komande robota može biti nov. Ipak, ovaj proces je dobro dokumentovan i koristi se u mnogim primjenama, poput robotske CNC obrade. U zavisnosti od proizvođača robota (npr. FANUC ili KUKA), dobavljač će vjerovatno imati softverski alat za konverziju G-koda u svoj vlasnički programski jezik. Alternativno, mogu se koristiti i softverska rješenja trećih strana, kao što je RoboDK.
Pošto roboformiranje ne zahtijeva specijalne alate poput kalupa, ovaj proces podržava masovnu prilagodbu. Robot može proizvesti 100 različitih geometrija dijelova po istoj cijeni i u istom vremenu kao 100 identičnih dijelova. Ipak, roboformiranje je sporije od tradicionalnih procesa oblikovanja lima kada je riječ o masovnoj proizvodnji velikih serija, poput štancanja u automobilskoj industriji, iz očiglednih razloga: robot koji se kreće inkrementalno je sporiji po komadu od prese.
Zahtjevi robota za roboformiranje
Šestoosni roboti imaju znatno manju krutost u poređenju s CNC mašinama. Robot koji se koristi za ovaj proces mora imati visoku krutost, što je direktno povezano s nosivošću, kako bi se izbjeglo savijanje prilikom primjene sile na lim. Potrebna nosivost robota zavisi uglavnom od debljine materijala.
U studiji iz 2006. godine, italijanski istraživači Massimo Callegari, Dario Amodio, Elisabetta Ceretti i Claudio Giardini koristili su robota COMAU Tricept HP1, koji je bio sposoban da primijeni potisnu silu od 15 kN u radnom prostoru dimenzija 2000 mm × 600 mm, uz ponovljivost bolju od 0,03 mm. Video s Bartlett School of Architecture na UCL-u prikazuje proces roboformiranja u praksi.
Zašto: prednosti roboformiranja
Jedna od ključnih prednosti roboformiranja je nizak prag ulaska. Uz odgovarajućeg šestoosnog robota i kompetentnog programera robota, ovaj proces se može relativno brzo i jednostavno uspostaviti. Kao jednostavan metalni alat, krajnji efektor nije skup i ne zahtijeva često održavanje. Kao proces bez alata, vrijeme od „ideje do dijela“ ograničeno je samo vremenom programiranja.
Dodatne prednosti robotskog inkrementalnog oblikovanja lima uključuju:
Preciznost: automatizacija daje konzistentnije rezultate u odnosu na manuelne procese, čime se smanjuje količina otpada. Takođe, pošto se geometrija formira postepeno, ne dolazi do elastičnog povratka (springback) kao kod drugih procesa oblikovanja lima.
Poboljšana sigurnost: iako robotska ćelija zahtijeva sigurnosne mjere slične onima kod presa, automatizacija smanjuje povrede povezane s ručnim rukovanjem teškim i oštrim limovima.
Masovna prilagodba: kao digitalni proces, roboformiranje omogućava proizvodnju različitih dijelova istom brzinom i po istoj cijeni kao identičnih dijelova, uz promjenu proizvodnje jednim klikom.
Efikasnost malih serija: proizvodnja malih serija pomoću procesa poput dubokog izvlačenja izuzetno je skupa. Pošto RISF eliminiše potrebu za alatima, serije veličine čak i jednog komada postaju isplative.
Ušteda troškova: automatizovano oblikovanje eliminiše visoke troškove izrade alata i kalupa, a može omogućiti i prenamjenu robota koji trenutno nije korišten. Roboformiranje pomaže u optimizaciji proizvodne efikasnosti i smanjenju otpada.
Kako roboformiranje može smanjiti troškove
Detaljnija analiza troškovnih prednosti procesa oblikovanja bez alata otkriva konkretne uštede. Prije svega, tu je vrijeme i cijena izrade kalupa. Dizajniranje kalupa može trajati danima, a njegova proizvodnja, isporuka i puštanje u rad sedmicama. Osim toga, kalupi zahtijevaju redovno održavanje, popravke i obnavljanje površina.
Nasuprot tome, robotska ćelija opremljena za roboformiranje može započeti proizvodnju dijelova prije nego što bi kalup uopće bio izrezan ili izliven.
Inkrementalno oblikovanje takođe smanjuje količinu otpada. Procesi poput dubokog izvlačenja zahtijevaju obrezivanje viška materijala. Iako se taj otpad može prodati, inkrementalno oblikovanje može smanjiti troškove materijala i do 12% u poređenju s dubokim izvlačenjem.
Rad prese je skup, uključujući troškove maziva i održavanja. Troškovi održavanja i podmazivanja kod robotske ćelije za inkrementalno oblikovanje su znatno niži.
Primjene roboformiranja
Kao i kod većine robotskih aplikacija, roboformiranje se može jednostavno implementirati angažovanjem sistem integratora za robotiku koji će projektovati i izgraditi „ključ u ruke“ roboformirajuću ćeliju. Jednostavno pitajte integratora o njihovom iskustvu s roboformiranjem ili robotskim inkrementalnim oblikovanjem lima. Na primjer, Metal Automation Group, američki integrator robotskih sistema, nudi kompletno rješenje za roboformiranje.
Kompanija Machina Labs iz Los Angelesa razvila je softversku platformu za industrijsku robotiku, uključujući roboformiranje, te je dobila investiciju od Lockheed Martin Ventures, investicionog ogranka velikog proizvođača iz oblasti vazduhoplovstva i odbrane. Robotsko oblikovanje lima je prvi proces omogućen Machininom proizvodnom platformom. Koristeći tehnologiju koja je nezavisna od materijala i geometrije, platforma nadmašuje tradicionalne metode oblikovanja lima koje se oslanjaju na prilagođene kalupe ili alate.
„U Machina Labsu stvaramo fabriku budućnosti — fabriku u kojoj se različiti dizajni i fizički proizvodi mogu proizvoditi po potrebi i u velikom obimu“, rekao je Edward Mehr, izvršni direktor i suosnivač Machina Labsa. „Uz investiciju Lockheed Martina, možemo ubrzati razvoj našeg roboformiranja lima kako bismo bolje služili potrebama odbrambenog sektora i Sjedinjenim Američkim Državama dali konkurentsku prednost u brzini razvoja proizvoda za nacionalnu sigurnost i odbranu.“
. . .
Tekst Šta, zašto i kako roboformiranja preveden je sa portala Engineering.com.
