Penempatan Serat Robotik, Kemajuan Pencetakan 3D Spur

Keuntungan yang dijanjikan oleh Industri 4.0 sedang direalisasikan di Ingersoll Machine Tools di Rockford, Ill. Simulasi desain mesin “Digital twin”, kecerdasan robotik yang lebih tinggi, dan gerakan kompleks adalah alat penting di sini. Alat-alat tersebut membuat produksi cetakan skala besar, pemesinan komponen, dan otomatisasi proses dapat diakses oleh sektor industri kedirgantaraan, kelautan, dan industri lainnya yang lebih luas.

“Gangguan yang dijanjikan oleh Industri 4.0 telah dimulai,” kata Jason Melcher, wakil presiden penjualan di Ingersoll. “Yang lebih luar biasa adalah hal itu terjadi di luar angkasa, di mana desain mesin untuk cetakan yang lebih baik dan produksi suku cadang adalah yang terbesar dari yang terbesar, yang paling sulit dari yang paling sulit.”

“Di sini, impedansi proses dievaluasi tidak hanya dari jam ke jam, tetapi dari menit ke menit, dan pon per jam,” Melcher menjelaskan. “Kami melihat kemampuan yang lebih besar, didukung ke masa depan oleh platform teknologi gerak dan CNC teratas di industri kedirgantaraan.”

Peningkatan proses selalu besar di Ingersoll. Selama bertahun-tahun, teknisi mesin, perangkat lunak, dan proses perusahaan telah bekerja sama dengan insinyur Siemens untuk mengembangkan desain mesin format besar generasi berikutnya.

Tapi apa sebenarnya yang dilakukan Ingersoll dan Siemens yang benar-benar terobosan?

Sekarang, kedua perusahaan teknologi ini bekerja sama dengan tim teknik pelanggan untuk menemukan, memvalidasi, dan mengurangi risiko. Mereka berkolaborasi dalam skala yang lebih besar, di mana penempatan serat robotik yang cerdas dan produksi suku cadang cetak/pabrik besar-besaran bukan lagi sebuah visi melainkan kenyataan.

Penempatan Serat Robot

Pemain lama dalam penempatan serat otomatis (AFP) untuk kedirgantaraan, usaha Ingersoll ke robotika kelas atas tampaknya merupakan perkembangan alami. Ambisi perusahaan adalah membuat penempatan serat robot terjangkau bagi produsen suku cadang kedirgantaraan tingkat kedua dan ketiga. Tetapi pendakian ke pasar kedirgantaraan itu telah terhambat oleh beberapa kenyataan yang membumi, termasuk ketidakakuratan historis dari penentuan posisi robot skala besar, kurangnya kontrol robot di tingkat operator alat berat, dan tingginya biaya perancangan dan pembangunan skala yang lebih besar, yang disesuaikan. Sistem AFP.

Pemosisian robot yang akurat: Bahkan dalam beberapa tahun terakhir, akurasi posisi robotika skala besar tidak lebih baik dari sekitar 5 mm dan dengan pengulangan yang buruk. Untuk mengatasi keterbatasan ini, Siemens mengembangkan Sinumerik 840D sl CNC yang kuat untuk menyertakan Run MyRobot, perangkat lunak kompensasi robot yang sangat canggih.

Hal ini memungkinkan Ingersoll untuk mengintegrasikan robotika ke dalam desain mesin penempatan serat FP Robotic yang baru, mencapai akurasi pemosisian robot berulang hingga kurang dari 1 mm. Akurasi dipertahankan untuk gerakan robot standar dan terbalik.

Kontrol robotik di mesin: Gerakan robot dari mesin Robotic FP mudah dikontrol di mesin menggunakan antarmuka Siemens Sinumerik CNC Operate. Antarmuka grafis kontrol yang intuitif bersifat universal di seluruh platform kontrol Sinumerik CNC. Pelanggan kedirgantaraan dapat mencapai efisiensi proses yang lebih tinggi di seluruh pabrik karena operator dengan cepat menjadi akrab dan efisien menggunakan antarmuka yang tetap sama dari alat berat ke alat berat, bahkan ketika berpindah dari robot tiga sumbu ke lima sumbu atau enam sumbu dengan lebih banyak sumbu (meja putar, mandrill, rel linier, dll.). Pengalaman operator sama, apakah mengontrol penempatan serat tradisional, penempatan serat robotik, pencetakan 3D, pencetakan 3D robotik, atau proses pemesinan CNC apa pun.

Simulasi desain mesin: Industri peralatan mesin telah lama mengantisipasi kemampuan untuk secara virtual merancang, menguji, dan mendesain ulang kembaran digital dari mesin, cetakan, atau suku cadang sebelum beralih ke produksi aktual. Di luar angkasa, ukuran mesin atau suku cadang yang tipis telah membuat pembuatan prototipe fisik menjadi sangat mahal.

Prototyping trial-and-error tradisional akan menghasilkan kerugian besar dalam waktu dan materi. Untuk menghindari kendala ini, insinyur perangkat lunak di Ingersoll mengembangkan perangkat lunak simulasi yang memungkinkan insinyur proses untuk merancang dan mengembangkan mesin, cetakan, atau bagian secara virtual. Perangkat lunak ini membungkus perangkat lunak simulasi Siemens Virtual NC Controller Kernel (VNCK). Pengontrol memproses dan mensimulasikan hampir semua data siklus pemesinan dan jalur pahat persis seperti yang akan dilakukan pada mesin yang sebenarnya, dan antarmuka Sinumerik Operate secara grafis menampilkan simulasi kembar digital yang tepat ini.

Pencetakan dan Penggilingan 3D Skala Besar

Printer 3D termoplastik terbesar di dunia langsung menarik perhatian para insinyur luar angkasa saat mereka memasuki Pusat Pengembangan yang sangat besar di Ingersoll Machine Tools.

Setelah disesuaikan dengan ukuran mesin MasterPrint, yang menarik perhatian para insinyur adalah prospek pembuatan prototipe yang lebih cepat, waktu pengerjaan yang lebih singkat, dan pengurangan 90 persen dalam biaya produksi. Inovasi Ingersoll berlanjut dengan pengembangan MasterPrint 5X—mesin turnkey print-and-mill dengan terobosan produktivitas yang lebih besar yang sekali lagi diaktifkan oleh platform Siemens Sinumerik 840D sl CNC.

Michael Falk adalah insinyur mekatronik dan pemimpin tim penjualan Siemens yang telah mendukung Ingersoll dalam peluncuran seri MasterPrint. Falk sering menyaksikan reaksi para insinyur luar angkasa yang mengunjungi Pusat Pengembangan Ingersoll, dan dia dapat membuktikan mengapa faktor "5X" menjadi daya tarik besar. “Sembilan puluh persen dari waktu, apa pun yang dicetak 3D harus selesai digiling,” kata Falk. “MasterPrint baru melakukan persis seperti operasi turnkey untuk menghasilkan suku cadang terbesar di dunia yang menggabungkan teknologi kepala perubahan otomatis, yang dikembangkan oleh Ingersoll dan didukung oleh Siemens.”

Falk mengatakan bahwa apa yang sekarang disaksikan oleh para insinyur kedirgantaraan dan angkatan laut di Ingersoll adalah kemampuan mereka untuk mengeksplorasi tujuan peningkatan proses yang dulunya tidak dapat dicapai. “Pada Oktober 2019, University of Maine dianugerahi tiga Guinness World Records untuk pencetakan 3D kapal sepanjang 25 kaki yang benar-benar dapat mengapung dan membawa orang,” katanya. “Yang luar biasa adalah para insinyur Ingersoll telah melampaui rekor ukuran beberapa kali sejak saat itu.”

Efisiensi pencetakan pabrik: Pendekatan MasterPrint untuk pencetakan 3D format besar menggabungkan kecepatan, ketangkasan, dan akurasi gerakan lima sumbu yang diperkuat. Gantry yang sama sekarang dapat saling mempengaruhi fungsi pencetakan, penggilingan, penempatan serat, peletakan pita, inspeksi, pemangkasan, dan banyak lagi.

Pencetakan 3D dari sudut mana pun: Ingersoll merilis MasterPrint 5X baru, kata Falk. Mesin dapat mencetak dari sudut manapun untuk keuntungan penuh. Jadi, sekarang Anda dapat dengan cepat membuat cetakan atau bagian besar dengan menggunakan urutan yang paling efisien. Nozel pencetakan lima sumbu mengubah orientasi sesuai untuk mencetak bagian yang jauh lebih rumit.

Sinkronisasi berkecepatan tinggi: "Tindakan sinkronisasi selama pencetakan 3D adalah tempat banyak keajaiban terjadi," kata Falk. “Anda mendapatkan bagian yang tampak hebat dengan geometri manik yang konsisten. Pencetakan melambat hanya jika diperlukan di tikungan, lalu melanjutkan kecepatan optimal. Sudut tidak terlalu penuh. Tidak ada masalah pengisi, tidak ada penipisan manik, tidak ada rongga di perkakas, dan tidak ada material yang dibangun di bagian dalam.”

Pencetakan 3D robotik: Ingersoll telah memanfaatkan sepenuhnya Sinumerik Run MyRobot/Direct Control, perangkat lunak kompensasi robot yang kini menjadi fitur utama Siemens Sinumerik 840D sl CNC. Ingersoll menawarkan berbagai sistem robot di mana CNC pada mesin dapat mengontrol beberapa modul yang dioperasikan oleh robot yang sama.

Perangkat untuk Masa Depan

Jason Melcher dan Michael Falk telah menyaksikan antusiasme tanpa henti di antara para insinyur Alat Mesin Ingersoll yang mengajukan pertanyaan eksplorasi dalam budaya yang mendukung. Mereka menggambarkan lingkungan lab di mana seorang insinyur proses yang baru saja lulus dari perguruan tinggi dengan cepat mempelajari hal-hal yang bahkan tidak tercakup dalam kursus mekatronik yang paling canggih sekalipun.

Di Ingersoll, para insinyur ditantang untuk menemukan, memvalidasi, mempelajari, dan membangun proses pemesinan yang lebih baik—dan mereka telah diberi alat untuk melakukan ini.

“Siemens menghadirkan toolbox terbuka untuk proses desain mesin,” kata Falk.

“Anda memiliki kontrol Sinumerik 840D lima sumbu, satu set lengkap motor, drive, dan komponen. Anda memiliki perangkat lunak simulasi dan undangan terbuka untuk inovasi pihak ketiga. Semuanya datang bersama-sama, dengan Sinumerik CNC dan mitra virtualnya, kernel VNCK, menjadi otak dari proses pemesinan yang jauh lebih berkembang.”

Nate Haug adalah seorang insinyur proses di Ingersoll. Dia adalah salah satu dari banyak insinyur yang terinspirasi di perusahaan yang membuktikan keuntungan menggunakan seperangkat CNC dan alat kontrol gerak yang lebih terbuka. “Siemens memulai dengan bahasa pemrograman yang memungkinkan kami melakukan lebih banyak hal daripada yang bisa kami lakukan dengan menggunakan kontrol berbasis “kode G saja”, kata Haug. “Ada dua perangkat, sungguh. Salah satunya adalah bahasa Siemens yang memungkinkan berbagai fungsi dan variabel terbuka. Perangkat lain memungkinkan kita menyuntikkan fungsi kondisional ke dalam otak NC. Tanpa kedua perangkat ini, kami tidak akan dapat melakukan apa yang kami lakukan. Kami menggunakan 840D pada mesin penempatan serat, pada mesin penempatan serat robot, pada printer 3D, pada printer 3D robot, pada peralatan mesin dengan dua kepala, dengan vertikal, dengan lima kepala, dengan konfigurasi apa pun pada dasarnya.”

Haug mengatakan bahwa selain melakukan perbaikan di antara mesin-mesin yang ada di Ingersoll, dia dan rekan-rekan insinyurnya menggunakan peralatan CNC Siemens Sinumerik mereka untuk menyelidiki jalur menuju pengembangan mesin baru. Salah satunya adalah dalam penelitian material.

“Setiap material memiliki sifat alirannya sendiri,” Haug menjelaskan. “Kontrol Siemens memungkinkan kami untuk memodifikasi fitur dalam kode untuk menyesuaikan materi.

Platform CNC memungkinkan kami untuk menyelidiki berbagai bahan yang lebih luas.”

Pertanyaan properti material mengeksplorasi variabel seperti kekuatan, penyusutan, lengkungan dan penggunaan bahan isotropik versus anisotropik. Solusi material muncul di ranah pembuatan prototipe cepat untuk aplikasi sipil, pertahanan, dan infrastruktur. Konsep printer one-of-a-kind juga muncul, yang dapat mendukung inisiatif ambisius seperti bahan baku biobased menggunakan selulosa yang berasal dari sumber daya kayu.

Pemantauan otomatis mesin:Meskipun inspeksi visual yang dilakukan secara manual masih umum hingga saat ini, inspeksi tersebut menjadi jawaban analog atas tantangan produksi yang semakin otomatis secara digital.

Ingersoll melihat hari akan segera tiba ketika inspeksi secara rutin merupakan fungsi mesin sebagai proses sekunder. Proses pemesinan penempatan serat akan memantau layup, memeriksa setiap cacat, dan memastikan keakuratan dan keandalan suku cadang. Demikian pula, proses pencetakan 3D hibrid suatu hari nanti akan dicetak dan dikerjakan secara berurutan dengan pemantauan mandiri proses yang terintegrasi dengan mulus.

Pengembangan proses inspeksi diri otomatis ini telah didukung oleh platform kontrol gerakan dan CNC Siemens, yang mengatur pemosisian yang akurat dan umpan balik posisi. Mesin dapat mendeteksi, melacak, dan melaporkan varians apa pun.

Seperti yang telah ditunjukkan oleh Ingersoll dan Siemens, keuntungan yang dijanjikan dari Industri 4.0 sedang diimplementasikan hari ini. Setelah menghilangkan batasan penempatan serat robotik format besar dan pencetakan 3D, kini harapan meningkat untuk membuat terobosan peningkatan di seluruh proses produksi suku cadang.

“Ini pemikiran gambaran yang lebih besar,” kata Jason Melcher dari Ingersoll. “Ketika kami mengunjungi pelanggan, itu untuk mengeksplorasi perbaikan proses. Ini bukan tentang kartu garis mesin yang memiliki fitur dan fungsi tetap. Kami memasuki percakapan tentang peningkatan proses yang disesuaikan.”

Bagi para insinyur di bidang kedirgantaraan, kelautan, dan sektor progresif lainnya, inovasi dalam skala yang lebih besar berarti mereka kini memiliki kotak peralatan tak terbatas untuk dijelajahi yang belum pernah ada sebelumnya.