Profesor Georgia Tech Thomas Kurfess Ungkap Masa Depan Pemesinan CNC 5-Sumbu

Dr. Thomas Kurfess, ahli pemesinan dan peneliti di Georgia Tech, telah mengembangkan algoritma yang secara dramatis meningkatkan produksi mesin 5-sumbu dengan generasi alur alat otomatis. Di sini, kami duduk dengan Kurfess untuk membahas kemajuan terbaru industri dan ke mana pemesinan sedang berjalan.

Pemesinan satu dimensi adalah proses yang cukup sederhana beberapa dekade lalu, hanya memerlukan keputusan tentang perjalanan, umpan, dan kecepatan yang diperlukan. Kemampuan mesin CNC saat ini sedikit lebih canggih. Dengan pemesinan 5-sumbu, produsen dapat memindahkan alat pemotong bersama-sama di lima sumbu berbeda—yang memungkinkan mereka membuat bagian dan desain yang sangat rumit.

Dan inovasi baru mulai berkembang, kata Dr. Thomas Kurfess, profesor dan Kursi Terkemuka HUSCO/Ramirez dalam Kekuatan Fluida dan Kontrol Gerakan di ‎Institut Teknologi Georgia. Kiatnya berfokus pada desain dan pengembangan sistem manufaktur canggih yang menargetkan produksi produk kompleks dan optimasi.

Dia telah meneliti algoritma untuk mesin 5-sumbu yang memungkinkan generasi alur alat otomatis—kemampuan yang dapat secara dramatis meningkatkan produktivitas dengan mengurangi jumlah interaksi pengguna dan waktu persiapan untuk alur alat. Kurfess juga telah bekerja pada penelitian yang menyoroti ketidakcukupan pengukuran aus alat dalam geometri alat canggih—dan dia secara resmi telah bekerja untuk Rumah Putih. Dari 2012 hingga 2013, dia menjabat sebagai asisten direktur untuk manufaktur canggih di Kantor Kebijakan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi bekerja bawah Presiden Obama.

Kami duduk dengan Kurfess untuk membahas kondisi saat ini pemesinan multiaxis—dan ke mana masa depan sedang berjalan.

Anda telah melakukan penelitian tentang generasi alur alat otomatis untuk mesin 5-sumbu. Dapatkah Anda memberikan pandangan Anda tentang tantangan masa lalu, kini, dan masa depan?

KURFESS: Saya tumbuh di bengkel mesin kecil; dulu itu NC, atau kontrol numerik. Keliling ke masa depan, dan kita sekarang berada di era pemesinan 5-sumbu. Sementara frais 2- atau 3-sumbu relatif sederhana, dengan 5-sumbu, hal-hal berayun di sudut yang berbeda dan kadang-kadang sulit untuk diprogram. Dan dengan jujur, kita tidak pernah meningkatkan kemampuan pemrograman kita dari tahun 1980 pada mesin, dan kita masih memiliki tugas yang sangat kompleks yang memerlukan programmer yang sangat terlatih dengan sejumlah besar pengalaman. Ini berbeza tajam dengan 3D printing—yang dianggap sebagai sekadar mengunduh file dan mencetak. Siswa saya sering bertanya, “Mengapa kita tidak sekadar 3D print bagian?” Tetapi saat Anda pergi ke pabrik nyata yang memiliki jutaan dolar mesin perkakas, Anda akan menggunakan mesin perkakas itu karena mereka ada dan tidak dapat diganti dengan mudah atau murah. Jadi industri masih memiliki jarak yang harus ditempuh. Selanjutnya, manufaktur aditif biasanya membuat bagian plastik. Anda dapat membuat struktur dari logam, tetapi ada keterbatasan. Salah satu teknologi pendukung kami untuk pemrograman mesin perkakas canggih adalah unit pemrosesan grafis, atau GPU.

Dapatkah Anda memberikan sedikit lebih banyak detail tentang GPU?

KURFESS: Sika Anda membeli komputer dengan papan grafis, itu akan memiliki GPU. Sementara gaming adalah pasar utama, kami menggunakan kemampuan itu untuk menghasilkan trajetur pemesinan 5-sumbu kami … GPU seperti superkomputer kecil dan memberikan kita antarmuka seperti gaming untuk pemrograman, mengurangi beban kognitif yang signifikan dari programmer manusia. Dengan kemampuan superkomputasi GPU, kita dapat melihat semua peluang yang ada dan berbagai skenario yang bahkan programmer ahli tidak akan punya waktu untuk dipertimbangkan. G-code telah membawa kita jauh, tetapi itu terbatas dan teknologi ini akan dengan cepat membawa kita jauh di luar apa yang kita lihat hari ini.

Di mana Anda melihat masa depan pemesinan multiaxis dan pemesinan umumnya berjalan?

KURFESS: Saya memprediksi beberapa hal khusus. Pertama, kita akan bergerak menuju membuat mesin perkakas lebih mudah diprogram. Kedua, sementara banyak orang mengatakan kita akan sepenuhnya terotomatisasi, saya tidak begitu yakin. Ada analogi cuci piring yang bagus yang sampaikan kepada saya. Seumur hidup saya, saya tidak yakin Anda akan pernah melihat cuci piring Anda mengosongkan secara otomatis karena ada keahlian dan kompleksitas yang terlibat dalam memuat dan mengosongkan. Hal yang sama berlaku untuk mesin—kita perlu membuat mesin lebih mudah digunakan dengan membantu programmer membuat pilihan seperti alat mana yang akan digunakan, dan orientasi mana yang akan diprogram dalam mode berkelanjutan 5-sumbu penuh. Terakhir, saya melihat gerakan menuju antarmuka pengguna grafis yang lebih mirip dengan apa yang Anda alami pada sistem gaming. Antarmuka itu dapat membantu membuat Anda lebih produktif, dan mari kita hadapi, tenaga kerja saat ini, seperti anak-anak saya, sangat mahir dalam menggunakan antarmuka gaming.

Apakah ada aspek mesin ini yang tidak dimanfaatkan sepenuhnya hari ini? Apa saran Anda untuk mendapatkan yang terbaik dari mesin ini?

KURFESS: Ini masalah memanfaatkan mesin kelas tinggi sepenuhnya—dan masalah besar di sana adalah pelatihan. Kami bekerja erat dengan perguruan tinggi komunitas dan perguruan tinggi teknik di sekitar, dan sulit serta mahal bagi mereka untuk menyediakan pelatihan tingkat associate untuk mesin perkakas yang rumit ini. Memiliki mesin perkakas senilai $500.000 di laboratorium pengajaran cukup melarang biaya, tetapi pelatihan sangat penting, terutama dengan pemesinan multiaxis. Juga sulit bagi perusahaan untuk melatih individu, karena setelah seseorang menjadi mahir di hal itu, mempertahankan mereka sulit. Sederhananya, mereka sangat banyak dicari.

Anda telah melakukan penelitian untuk mengembangkan algoritma yang akan menguntungkan generasi alur alat otomatis. Ceritakan kepada kami tentang penelitian itu dan tantangan yang Anda coba atasi di sana. Apa hasilnya? Di mana Anda melihat generasi alur alat otomatis hari ini, dan di mana Anda pikir itu berjalan?

KURFESS: Sehubungan dengan generasi alur alat, alih-alih piksel, kami bekerja dalam voxel. Ini adalah piksel 3D di mana kami mengambil desain dan voxelisasikan. Kami melakukan pemrosesan volumetrik digital, yang merupakan format alami untuk GPU. Kami mengambil desain bagian yang ada dalam model CAD dan voxelisasikannya sehingga kami dapat memprosesnya pada GPU. Pendekatan ini cocok untuk pemesinan bagian dan mesin hibrida, yang menggabungkan manufaktur aditif pada mesin perkakas (manufaktur aditif dan subtraktif). Perusahaan mulai menggunakan voxel lebih dan lebih dengan masalah kelas tinggi. Perlahan tetapi pasti, voxel bekerja ke bawah ke berbagai produk. Di Georgia Tech, dalam kursus desain bangun tahun kedua kami, kami memiliki siswa yang merancang bagian putar dengan alat berbasis voxel menggunakan platform komputasi performa tinggi berbasis cloud dan mereka sangat menyukainya. Sistem yang mereka gunakan lebih cepat magnitudnya dari apa pun yang ada; jadi, mereka mendapatkan umpan balik secara real time tentang apakah bagian mereka dapat diproduksi di bubut dengan paket alat yang terpasang saat ini, sementara mereka dalam proses menggambar bagian.

Anda juga telah bekerja pada penelitian tentang mengukur aus alat dalam geometri kompleks. Ceritakan kepada kami tentang penelitian itu dan apa yang Anda temukan.

KURFESS: Kami melakukan cukup banyak pekerjaan di area ini, tetapi biar saya ceritakan tentang kemenangan terbesar kami: Kami sedang memesin paduan super berbasis nikel yang sangat canggih yang sangat sulit diproses. Sulit untuk mencapai geometri target kami, tetapi kami juga khawatir tentang tidak merusak struktur biji bagian. Saat Anda memesin, Anda dapat melakukan kerusakan termal pada permukaan (retakan, kerusakan di bawah permukaan, dll.). Itu timbul dari masalah terkait panas, karena panas menyebabkan kerusakan paling besar. Dalam kasus ini, kami diberikan insert keramik baru untuk dicoba dan mereka memberikan kecepatan yang sangat tinggi—tertinggi sehingga kami harus pergi ke mitra mesin perkakas kami dan bertanya apakah kami dapat menukar mesin perkakas kami. Kami membutuhkan spindle dengan kecepatan yang jauh lebih tinggi. Karena kami menggunakan keramik, kami perlu menghindari penggunaan pendingin sehingga tidak menginduksi shock termal pada insert dan membuatnya hancur. Meskipun kecepatan tinggi, itu bekerja tanpa pendingin dengan luar biasa baik. Faktanya, kami dapat memesin begitu cepat sehingga kami mengalahkan laju transfer panas—artinya panas tidak dapat masuk ke bagian. Jadi setelah selesai memesin Anda akan merasakan bagian dan itu dingin. Ini membantu meminimalkan kerusakan di bawah permukaan. Kami menghilangkan kerusakan termal pada bagian, berjalan pada laju pengikisan logam yang jauh lebih tinggi, dan tidak memiliki chip yang dimuat pendingin, membuatnya jauh lebih mudah untuk didaur ulang.

Apa pendapat Anda tentang kesenjangan keterampilan manufaktur? Bagaimana Anda melihatnya dan bagaimana Anda pikir dapat ditingkatkan? Langkah apa yang harus diambil oleh produsen dari semua ukuran untuk membantu menemukan talenta yang akan mereka butuhkan untuk masa depan?

KURFESS: Kesenjangan keterampilan nyata. Anak-anak sekarang tidak tertarik memprogram G-code seperti kami 20 atau 30 tahun yang lalu. Tentu saja, game video yang lebih canggih kami dulu adalah Pong, dan kami mencetak kertas tape! Tenaga kerja generasi berikutnya lebih berorientasi grafis dan memiliki keterampilan yang berbeda. Jadi bergerak menuju antarmuka grafis yang lebih banyak membantu untuk benar-benar melibatkan generasi berikutnya ini. Banyak orang merasa bahwa untuk menjadi tukang mesin atau insinyur Anda harus menjadi jenius matematika super. Kenyataannya Anda tidak perlu menjadi jenius … Anda harus baik dan menyukainya. Selain itu, saya menjabat sebagai presiden SME dan saya melihat bagaimana produk pelatihan generasi berikutnya untuk operasi seperti Tooling U-SME benar-benar melibatkan tenaga kerja generasi berikutnya dan generasi saat ini dalam hal pelatihan dan pengembangan teknis. Pendekatan yang diterapkan adalah mutakhir, menarik dan sangat efektif. Selanjutnya, pelatihan ini mulai menjadi target dan dipersonalisasi. Kami memasuki wilayah di mana mesin akan tahu apakah Anda telah dilatih dengan benar dan akan merekomendasikan pelatihan kepada Anda untuk meningkatkan cara Anda menjalankan dan memanfaatkan mesin. Selanjutnya, kita tidak jauh dari mesin 3-sumbu yang merekomendasikan agar Anda dilatih dan dipromosikan ke mesin 5-sumbu berdasarkan kinerja Anda pada mesin 3-sumbu.

Peran apa yang Anda yakini produsen perlu peran dalam membantu menyusutkan kesenjangan keterampilan?

KURFESS: Ini tentang pembelajaran seumur hidup. Anda harus memiliki perubahan budaya sehingga baik tenaga kerja maupun pemberi kerja memahami bahwa pelatihan berkelanjutan dan seumur hidup adalah jalan menuju operasi yang lebih menguntungkan dan karir yang panjang, aman, dan sukses. Anda harus membuat semua orang dalam mode bahwa pelatihan berkelanjutan adalah hal yang baik. Mari kita realistis, jika Anda belum mempelajari apa pun selama 30 tahun, Anda akan menjadi dinosaurus teknologi, dan kita tahu apa yang terjadi pada dinosaurus! Mempertahankan keterampilan tetap terupdate sangat penting untuk tetap relevan.

Latar belakang Anda juga menunjukkan Anda menghabiskan waktu bekerja di sektor otomotif. Dapatkah Anda menceritakan tentang itu, pekerjaan yang Anda lakukan dan di mana Anda melihat industri itu saat ini—dan untuk masa depan?

KURFESS: Saya di Georgia Tech dari 1994 hingga 2005. Pada 2005 saya memulai program akademik dan penelitian di Clemson University – International Center for Automotive Research. Secara umum, memproduksi bagian sederhana dengan pemesinan 2 dan 3-sumbu relatif sederhana. Namun, ketika datang ke bagian 5-sumbu, kami benar-benar memberikan perubahan. Lagi, pekerjaan yang lebih canggih dan kompleks adalah di mana individu yang sangat terlatih benar-benar bersinar, dan di mana mereka menerima gaji yang bagus!

Apakah ada inovasi vertikal industri spesifik lainnya yang Anda pantau dengan ketat? Inovasi manufaktur apa yang Anda lihat memiliki kemampuan untuk melintasi dan memberikan dampak hari ini dan di masa dekat? Apa yang harus benar-benar diperhatikan produsen?

KURFESS: Saat saya adalah titik teknis Presiden Obama untuk manufaktur canggih di Kantor Kebijakan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi, saya mendapatkan perspektif yang besar tentang hal-hal. Di kedua partai, manufaktur kritis. Saya bersaksi di subkomite beberapa minggu lalu di mana kami menyoroti pentingnya internet of things untuk produsen. Kami melihat mesin mengekstrak sejumlah besar informasi tentang produk dan proses. Ini membantu tidak hanya untuk membuat produk yang jauh lebih baik dan proses yang efisien, tetapi untuk meningkatkan kesempatan kerja dan daya saing tenaga kerja modern kita. Setiap perwakilan di subkomite itu memahami ini dan mendukung kemajuan teknologi dan kemampuan ini.

Dalam hal otomatisasi, apakah Anda percaya bahwa kemajuan teknologi sebenarnya dapat membantu menyusutkan kesenjangan keterampilan dengan kurang pekerja yang diperlukan?

KURFESS: Dengan otomatisasi yang meningkat, kita akan membutuhkan lebih sedikit orang dengan keterampilan yang lebih tinggi. Setelah karyawan melakukan pemrograman sumbu kelas tinggi, perusahaan akan mengerti. Mereka akan menyadari bahwa mesin-mesin ini lebih baik dan mereka akan membeli lebih banyak—dan pada akhirnya membutuhkan lebih banyak orang. Tentu saja, kita masih akan membutuhkan manusia di pusat pekerjaan, karena orang akan melakukan semua pemrograman. Baik untuk tenaga kerja secara umum atau untuk individu, ini masalah pembelajaran seumur hidup dan memahami mesin ini akan membawa seseorang ke tingkat kemampuan berikutnya. Jadi pekerjaan keterampilan rendah akan hilang, tetapi kita akan melihat ekspansi signifikan dalam pekerjaan keterampilan tinggi yang memiliki tingkat upah yang jauh lebih tinggi!

Akhirnya, mari kita membahas pemesinan performa tinggi untuk sementara. Apakah ada pengembangan inovatif baru di area itu?

KURFESS: Semua tentang kontroler. Kemudahan penggunaan, konektivitas … mendapatkan semua informasi bersama—itu adalah masa depan. Ini mengalahkan kontroler CNC tahun ’80 yang masih terlihat seperti PC pertama saya!

Apakah bengkel Anda telah mengadopsi pemesinan 5-sumbu? Tantangan apa yang Anda hadapi—dan apakah Anda terbuka untuk memprogram mesin dengan generator alur alat otomatis? Beritahu kami di bagian komentar di bawah.