W ramach projektu "ProtoPlastMaker 4.0. Innowacyjne centrum addytywno-skrawającej obróbki tworzyw sztucznych, odpowiadające na potrzeby prototypowania w przemyśle 4.0", dofinansowanego z Funduszy Europejskich, powstała nowoczesna maszyna o podstawowej przestrzeni roboczej 1×1×2 m, pozwalająca na druk elementów bezpośrednio z granulatów tworzyw sztucznych oraz obróbkę w pięciu osiach bez konieczności demontowania wydrukowanego elementu. Projekt realizowany był przy współpracy z Wydziałem Inżynierii Mechanicznej i Mechatroniki Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie.
W centrum addytywno-skrawającym ProtoPlastMaker 4.0 zastosowano wiele innowacyjnych i zaawansowanych rozwiązań technologicznych oraz konstrukcyjnych zgodnych z ideą Przemysłu 4.0. Dzięki temu maszyna umożliwia produkcje gotowych detali/elementów bezpośrednio z granulatów tworzyw sztucznych. Poprzez zastosowanie technologii druku 3D oraz obróbki skrawaniem w pięciu osiach możliwe będzie zastąpienie kilku operacji/kroków technologicznych zwykle realizowanych na odrębnych maszynach: produkcję filamentu z granulatu, drukowanie 3D oraz obróbkę/wygładzanie powierzchni wydrukowanego detalu. ProtoPlastMaker 4.0 będzie realizował powyższe kroki technologiczne w jednej, w pełni zautomatyzowanej fazie produkcyjnej (jednym procesie).
ProtoPlastMaker 4.0 jest przeznaczony szczególnie do zastosowań w profesjonalnych firmach wytwarzających duże i wielkogabarytowe detale z tworzyw sztucznych oraz kompozytów, zarówno dla produkcji seryjnej, jak i jednostkowej. Techniki przyrostowe jako jedne z niewielu pozwalają na wytwarzanie wydruków o skomplikowanych geometriach, często bardzo trudnych lub niemożliwych do uzyskania tradycyjnymi metodami ubytkowymi. ProtoPlastMaker 4.0 – dzięki zastosowaniu tych dwóch technologii: addytywnej (ekstruder drukujący) i ubytkowej (wrzeciono frezujące) – łączy zalety obu koncepcji. Takie rozwiązanie umożliwia szybkie i precyzyjne wyprodukowanie/wytworzenie detali architektonicznych, takich jak np. spersonalizowane meble lub makiety, elementów konstrukcyjnych maszyn czy prototypów karoserii w branży automotive. Szczególnie ciekawym zastosowaniem jest wytwarzanie drukowanych małoseryjnych form wtryskowych lub do odlewów z żywic epoksydowych ze specjalnie dobranych granulatów. Wybrana forma jest najpierw drukowana z użyciem ekstrudera, a następnie wykańczana z zastosowaniem wysokoobrotowego wrzeciona. Wykorzystanie druku 3D pozwala na wydruk już wstępnie ukształtowanej formy, bez konieczności stosowania naddatków materiału. Następnie z zastosowaniem wrzeciona forma jest wykańczana zgrubnie i wykończeniowo, wykonywane są także otwory konstrukcyjne i technologiczne. ProtoPlastMaker 4.0 jako jedno z niewielu rozwiązań pozwala na druk ze 100% wypełnieniem. Programy druku i obróbki generowane są w sposób automatyczny.
Sercem ProtoPlastMaker 4.0 jest robot przemysłowy FANUC, wraz z podgrzewanym stołem obrotowym. Takie rozwiązanie zapewnia w podstawowej wersji aż siedem stopni swobody, co pozwala na używanie dowolnych strategii druku i obróbki. Całość maszyny zamknięta jest w szczelnej komorze pozwalającej osiągnąć nawet 80˚C, ponadto unikalne rozwiązanie zapewniające przyczepność do stołu pozwala na bezproblemowy wydruk nawet wymagających i podatnych na skurcz materiałów, z materiałów takich jak ABS czy ASA. ProtoPlastMaker 4.0 stanowi idealną opcję dla rozwiązań niestandardowych, dopasowanych do konkretnego zastosowania. Do bezpośredniego sterowania robotem, dodatkowymi osiami i wrzecionami wykorzystano system sterowania CNC FANUC. Umożliwia to bardzo precyzyjne działanie robota, zwłaszcza w zakresie dokładności pozycji podczas poruszania się po ścieżce. System sterowania może sterować większą liczbą osi, dlatego zależnie od aplikacji łatwo daje się rozbudować o dodatkowe funkcje, takie jak stół uchylno-obrotowy, dodatkowe osie liniowe lub inne procesy produkcyjne, w rodzaju napawania czy skanowania 3D. ProtoPlastMaker 4.0 w standardzie oferuje dwie głowice wymieniane automatycznie: drukującą oraz frezującą. Głowica drukująca z systemem podawania i osuszania granulatu pozwala na wydruk z wydajnością 10 kg/h. Natomiast frezująca umożliwia obróbkę z zakresem obrotów 6000‒24000 rpm oraz automatyczną wymianę sześciu narzędzi w podstawowej wersji, z opcją rozszerzenia.
ProtoPlastMaker 4.0 to nie tylko zwykła drukarka i frezarka, ale także maszyna stanowiąca połączenie najlepszych cech obu tych rozwiązań. Jej unikalną cecha jest pełna obsługa języka G-kod. Nie ma potrzeby znajomości języka programowania robotów czy konwersji G-kodu. Wszystkie operacje wykonywane na maszynie mogą być sterowane za pomocą standardowego G-kodu. Zarówno dla procesu druku, jak i frezowania G-kod może być napisany ręcznie lub wygenerowany z dowolnego oprogramowania. Jednak dla zapewnienia jak największej intuicyjności obsługi ProtoPlastMaker 4.0 oferuje rekomendowane oprogramowanie oraz specjalne wtyczki/pluginy dla programów Ultimaker Cura oraz SolidWorks do druku 3D, a także SolidCam dla operacji frezowania pięcioosiowego. Takie rozwiązanie pozwala zachować ciągłość pracy projektanta i technologa. Model przygotowany w oprogramowaniu SolidWorks zostaje bezpośrednio eksportowany do programu Ultimaker Cura, gdzie przeprowadzany jest proces wygenerowania ścieżki druku w postaci programu G-kod. Tak przygotowany program można bezpośrednio wgrać do pamięci sterowania i rozpocząć druk.
ProtoPlastMaker 4.0 jest elastycznym rozwiązaniem opartym na robocie do produkcji addytywnej na dużą skalę. Szeroki wachlarz opcji pozwala na dostosowanie systemu do konkretnych potrzeb aplikacji i odbiorcy. Dzięki zastosowaniu systemu sterowania CNC kinematyka robota jest w pełni zintegrowana z systemem CNC. Pozwala to na uzyskanie precyzji nawet przy złożonych ruchach wzdłuż ścieżki narzędzia. ProtoPlastMaker 4.0 to unikatowe rozwiązanie na rynku urządzeń, które w wielkogabarytowych wydrukach 3D pozwala na znaczące obniżenie czasu i kosztów poprzez integrację procesów wytwarzania półproduktu (filamentu) z drukowaniem 3D oraz zachowanie doskonałej jakości detalu poprzez integrację druku 3D z obróbką mechaniczną detalu.
Jak już wspomniano, prototyp daje wiele możliwości rozbudowy o kolejne funkcjonalności – jedną z nich jest wirtualna rzeczywiści. Opcja ta została zaprezentowana w trakcie targów FormNext we Frankfurcie, największej spośród europejskich imprez tego typu dotyczących technologii addytywnych. Wirtualna rzeczywistość, z wykorzystaniem gogli VR lub AR, pozwala zwizualizować np. proces wytwarzania detalu, obróbkę skrawaniem lub gotowy detal.
Artykuł jest finansowany w ramach projektu numer RPLB.01.01.00-08-0020/19 – Oś Priorytetowa 1 – Gospodarka i innowacje, Działania 1.1 Badania i Innowacje – I typu projektu – Projekty B+R przedsiębiorstw w województwie Lubuskim.
PPHU POLIGRAF
Wiesław Kasprwiak
ul. Zielona 33
66-400 Gorzów Wielkopolski
projekt@papierdoplotera.com
www.print-me.pl
