การพิมพ์โลหะ 3 มิติแบบไม่มีโครงสร้างรองรับ

HS Automation และ KUKA ร่วมมือกันพัฒนาเซลล์เลเซอร์สำหรับการขึ้นรูปชิ้นงานโลหะด้วยการเติมเนื้อวัสดุ กระบวนการเชื่อมด้วยเลเซอร์ด้วย KR IONTEC ช่วยให้สามารถผลิตชิ้นส่วนโลหะที่ซับซ้อนได้อย่างประหยัดและถนอมวัสดุ

หุ่นยนต์ KUKA ปฏิวัติการขึ้นรูปชิ้นงานโลหะด้วยการเติมเนื้อวัสดุที่มีโครงสร้างซับซ้อน

ความท้าทายที่อุตสาหกรรมโลหะกำลังเผชิญนั้นมีเพิ่มมากขึ้น: การพิมพ์โลหะ 3 มิติรูปแบบใหม่ในเซลล์อัตโนมัติแบบโมดูลาร์ทำให้ HS Automation และ KUKA สามารถสร้างมาตรฐานใหม่ขึ้นมาได้ เครื่องพิมพ์โลหะ 3 มิติรวมเอาหุ่นยนต์จากตระกูล KR IONTEC ไว้กับโต๊ะหมุนเอียงองศา ซึ่งจะเคลื่อนที่พร้อมกันกับแขนหุ่นยนต์ตามข้อกำหนดเฉพาะของชิ้นงานนั้น ๆ เลเซอร์เชื่อมหกเครื่องที่ส่วนท้ายของหัวพิมพ์ Meltio จะละลายลวดที่ให้มาอย่างแม่นยำบนวัสดุฐานรองหรือชิ้นงานที่เกิดขึ้น ไม่จำเป็นต้องตกแต่งส่วนประกอบที่เสร็จสมบูรณ์แล้วเพิ่มเติม หรือหากมี ก็เป็นแค่เพียงงานเล็กน้อยเท่านั้น เนื่องจากการทำงานร่วมกัน นักพัฒนาระบบจึงสูญเสียวัสดุเพียงเล็กน้อยและมีต้นทุนในการผลิตต่ำ ในขณะที่มีตัวเลือกการออกแบบอย่างไม่จำกัด เทคโนโลยีนี้สามารถใช้ผลิตเครื่องมือ ชิ้นส่วน และรูปทรงอิสระที่มีคุณสมบัติวัสดุเป็นสเตนเลส ไทเทเนียม อินโคเนล และเหล็กโครงสร้างได้ จากข้อมูลของผู้เชี่ยวชาญระบุว่าสามารถพิมพ์ทองแดงแบบ 3 มิติได้เช่นเดียวกัน

ทั้งสองบริษัทช่วยคิดค้นวิธีให้สามารถพิมพ์โครงสร้างไบโอนิคและโครงสร้างที่ซับซ้อนแบบ 3 มิติได้ เช่น โครงสร้างที่ใช้ในการก่อสร้างน้ําหนักเบาและการผลิตต้นแบบ SMEs ได้รับประโยชน์จากการผลิตชิ้นส่วนอะไหล่ที่รวดเร็วรวมถึงการประหยัดพลังงานและวัสดุ การใช้โซลูชันซอฟต์แวร์นวัตกรรมใหม่ เช่น KUKA.CNC ทำให้เทคโนโลยีนี้น่าสนใจยิ่งขึ้นสำหรับทั้งบริษัทขนาดเล็กและขนาดกลาง KUKA.CNC ทำให้สามารถรันโครงสร้างที่ออกแบบไว้ก่อนหน้านี้โดยใช้ซอฟต์แวร์ CAD หรือระบบ CAM ได้โดยตรง โดยไม่ต้องแปลงไฟล์ CAD เป็นภาษา KUKA Robot Language (KRL)

HS Automation ซึ่งเป็นบริษัทผู้ให้บริการระบบอัตโนมัติตั้งอยู่ในเมือง Vöhringen รัฐ Baden-Württemberg และทำงานร่วมกับ KUKA มาตั้งแต่ปี 2017

การพิมพ์โลหะ 3 มิติด้วยหุ่นยนต์ KUKA มีวิธีการอย่างไร

ในส่วนของการขึ้นรูปชิ้นงานโลหะด้วยการเติมเนื้อวัสดุ จะมีนวัตกรรมต่าง ๆ สร้างขึ้นใหม่ทุกนาที จุดมุ่งหมายคือการผลิตอย่างคุ้มค่าแม้ในล็อตการผลิตที่มี 1 ชิ้น เพื่อลดการใช้วัสดุและลดเวลาในการตกแต่งเพิ่มเติม HS Automation ผู้เชี่ยวชาญด้านระบบอัตโนมัติตอบสนองความต้องการดังกล่าวของการผลิตสมัยใหม่ในอุตสาหกรรมโลหะด้วยเซลล์เชื่อมเลเซอร์ 3 มิติ โดยเครื่องพิมพ์ 3 มิติจะเชื่อมบนส่วนรองรับชิ้นงานทีละชั้น

เทคโนโลยีการขึ้นรูปชิ้นงานโลหะด้วยการเติมเนื้อวัสดุได้ประโยชน์จากการเคลื่อนที่เชิงพื้นที่ของหุ่นยนต์และโต๊ะหมุนเอียง

จะไม่มีการลดระดับส่วนรองรับลง แต่แขนหุ่นยนต์จะเคลื่อนที่ไปพร้อม ๆ กับโต๊ะหมุนเอียงองศาที่ส่วนรองรับติดตั้งอยู่ ซึ่งแตกต่างจากการหลอมด้วยเลเซอร์ (Laser Sintering) DKP-400 V2 ที่พัฒนาโดย KUKA จะจัดวางตำแหน่งชิ้นงานเพื่อให้หัวพิมพ์สามารถเชื่อมกับวัสดุใหม่ในตำแหน่งที่ถูกต้องได้ตลอดเวลา วัตถุ 3 มิติที่ออกแบบไว้ล่วงหน้าจะเพิ่มขึ้นทีละชั้น โครงสร้างรองรับซึ่งเป็นเรื่องปกติในการพิมพ์โลหะ 3 มิตินั้นล้าสมัยไปแล้ว เช่นเดียวกับการจัดการผงวัสดุ ที่จะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ในเครื่องพิมพ์เลเซอร์ 3 มิติอื่น ๆ หรือในการหลอมด้วยโลหะเลเซอร์ ความแตกต่างอีกประการหนึ่งคือขนาดของชิ้นส่วนที่ผลิต ซึ่งการใช้งานทั่วไปจะมีขนาดจำกัดอยู่ที่ประมาณ 50 x 50 ซม. แต่เทคโนโลยีของ HS Automation กลับสามารถผลิตชิ้นส่วนขนาดใหญ่ได้ด้วย

เลเซอร์ของระบบพิมพ์ 3 มิติโลหะใช้ชั้นความหนาของผนัง 2 มม.

โอกาสและความเป็นไปได้ของการพิมพ์โลหะ 3 มิติ

การใช้หุ่นยนต์ที่มีความแม่นยำอย่างไร้ข้อผิดพลาดรับประกันได้ถึงความแม่นยำ ซึ่งจะทำให้งานพิมพ์โลหะแตกต่างจากคู่แข่งที่มีอยู่ “โซลูชันหุ่นยนต์ช่วยให้เรามีตัวเลือกในการผลิตมากขึ้น” Rolf Steidinger กรรมการผู้จัดการและผู้อำนวยการฝ่ายพาณิชย์ของ HS Automation กล่าวเกี่ยวกับศักยภาพของเครื่องพิมพ์โลหะ 3 มิติ กระบวนการนี้ช่วยแก้ปัญหาเรื่องอะไหล่ได่ เช่น เนื่องจากส่วนประกอบที่เลิกผลิตแล้วสามารถผลิตได้เองภายในบริษัท

หากไม่สามารถผลิตชิ้นส่วนตามปกติได้ การใช้อุปกรณ์นี้ก็คงเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้

Rolf Steidinger กรรมการผู้จัดการของ HS Automation

สำหรับชิ้นส่วนที่ผลิตได้ตามปกติ กระบวนการนี้ก็สร้างความประทับใจให้จากต้นทุนที่ลดลงและผลผลิตที่สูงขึ้นสี่เท่า เมื่อเปรียบเทียบกับการกัดหรือการกลึงจากบล็อกโลหะทั้งบล็อก การเชื่อมพอกด้วยเลเซอร์ช่วยลดทั้งต้นทุนด้านวัสดุและเวลาในการตกแต่งเพิ่มเติม ศักยภาพในการประหยัดวัสดุของการเชื่อมด้วยเลเซอร์ในลักษณะนี้นั้นสูงถึง 98 เปอร์เซ็นต์ จุดแข็งดังกล่าวมีประโยชน์อย่างยิ่งในการผลิตเครื่องมือ การสร้างระบบพิเศษ หรือในการผลิตต้นแบบ ตัวอย่างเช่น การผลิต การทดสอบ และการเพิ่มประสิทธิภาพของส่วนประกอบที่ปรับการไหลของกังหันลมให้เหมาะสมนั้นเร็วขึ้นอย่างมาก

Rolf Steidinger กรรมการผู้จัดการและผู้อำนวยการฝ่ายพาณิชย์มองเห็นศักยภาพอันสูงในเทคโนโลยีการพิมพ์โลหะ 3 มิติ

ข้อดีของการขึ้นรูปชิ้นงานโลหะด้วยการเติมเนื้อวัสดุ

การผสมผสานนวัตกรรมระหว่างหุ่นยนต์ โต๊ะหมุนเอียง และหัวพิมพ์เลเซอร์สร้างมาตรฐานใหม่ในการพิมพ์โลหะ 3 มิติ

มีอิสระในการออกแบบสูงสุด

การขึ้นรูปชิ้นงานโลหะด้วยการเติมเนื้อวัสดุให้ผลตอบแทนที่ดี โดยเฉพาะในกรณีที่จำเป็นต้องมีโครงสร้างที่ซับซ้อนหรือวัตถุที่มีผนังสองชั้น
โครงสร้างระดับจุลภาคที่เหมาะสม

เครื่องพิมพ์โลหะ 3 มิติสร้างวัตถุที่มีความหนาของผนัง 2 มม. นอกจากนี้ อุปกรณ์ดังกล่าวยังผลิตชิ้นงานโลหะแข็งหรือโลหะผสมได้อีกด้วย
คุ้มค่าและยั่งยืน

กระบวนการนี้สร้างความประทับใจด้วยผลผลิตที่สูงขึ้นสี่เท่าและประหยัดต้นทุนถึง 90 เปอร์เซ็นต์เมื่อเปรียบเทียบกับการผลิตแบบทั่วไป
การใช้วัสดุอย่างมีประสิทธิภาพ

เศษโลหะลดลงอย่างมากเมื่อเปรียบเทียบกับการกัด การพิมพ์ 3 มิติทำงานได้โดยไม่ต้องใช้โครงสร้างรองรับหรือผงโลหะ

หุ่นยนต์ที่ใช้สำหรับงานพิมพ์โลหะ 3 มิติในเซลล์เลเซอร์มีขนาด 5 x 4 x 4 เมตร

การพิมพ์โลหะ 3 มิติสำหรับอุตสาหกรรมในอนาคต: การขับเคลื่อนด้วยพลังงานไฟฟ้าและเทคโนโลยีทางการแพทย์

ความแม่นยำของการเชื่อมพอกด้วยเลเซอร์โดยใช้หุ่นยนต์ช่วยยกระดับการพิมพ์โลหะที่คุ้นเคยขึ้นไปสู่อีกระดับ ตัวอย่างเช่น ระบบหุ่นยนต์สามารถผลิตวัตถุที่มีผนังสองชั้นได้ เช่น ส่วนประกอบที่มีช่องระบายความร้อนภายใน หัวพิมพ์ซึ่งติดตั้งเลเซอร์ 200 วัตต์จำนวนหกเครื่องไม่เพียงแค่สามารถพิมพ์ได้แค่วัสดุชิ้นเดียวเท่านั้น แต่ยังสามารถพิมพ์วัสดุโลหะสองชนิดที่แตกต่างกันในชิ้นส่วนที่พิมพ์ชิ้นเดียวอีกด้วย

“วัสดุเกือบทุกชนิดสามารถประมวลผลได้ ไม่ว่าจะเป็นสเตนเลส ไทเทเนียม เหล็กกล้าเครื่องมือ หรือโลหะผสมนิกเกิล Meltio ซึ่งเป็นพันธมิตรด้านเลเซอร์ของเราศึกษาเกี่ยวกับการพิมพ์ทองแดง ซึ่งหมายความว่าการใช้งานในโครงการขับเคลื่อนด้วยพลังงานไฟฟ้าก็อยู่ใกล้แค่เอื้อม” Marc Steidinger คาดการณ์

Marc Steidinger (ซ้าย) กรรมการผู้จัดการตรวจสอบคุณภาพของการพิมพ์โลหะ 3 มิติกับพนักงาน Lukas Nill

กรรมการผู้จัดการของ HS Automation ซึ่งเป็นหัวหน้าของโครงการมีหน้าที่หลักในการดูเกี่ยวกับการผลิตอะไหล่ การพัฒนาซีรีส์ต่าง ๆ และเทคโนโลยีทางการแพทย์ ในการผลิตต้นแบบ ผู้ใช้งานจะได้รับประโยชน์จากการปรับพารามิเตอร์การพิมพ์ได้อย่างยืดหยุ่น ในอนาคต จะมีการปรับข้อเข่าเทียมไทเทเนียมและการปลูกถ่ายทางการแพทย์อื่น ๆ ให้เหมาะกับผู้ป่วยเป็นรายบุคคลด้วยการพิมพ์โลหะ 3 มิติด้วยเช่นกัน

ใช้ประโยชน์จากการทํางานร่วมกัน: HS Automation เป็นพันธมิตรด้านระบบของ KUKA มาตั้งแต่ปี 2017

HS Automation และพนักงานประมาณ 20 รายบรรลุเป้าหมายในการทำให้ระบบอัตโนมัติสามารถใช้งานได้อย่างมีประสิทธิผลสำหรับองค์กรขนาดเล็กและขนาดกลาง (SMEs) อื่น ๆ Rolf Steidinger มองว่าบริษัทเป็นพันธมิตรสําหรับ SMEs สัญชาติเยอรมันที่มีประสิทธิภาพและยั่งยืนมากขึ้น: “เราให้การสนับสนุนลูกค้าบางรายด้วยการผลิตแบบอัตโนมัติมาเป็นเวลา 24 ปี เรากำลังร่วมกันพัฒนาโซลูชันที่ก้าวหน้าและใช้งานได้ในอนาคตอย่างต่อเนื่อง”

ในระหว่างการร่วมมือด้านระบบของ KUKA ซึ่งเริ่มดำเนินการมาตั้งแต่ปี 2017 ทั้งสองบริษัทใช้จุดแข็งของกันและกันในลักษณะที่มุ่งเน้นโซลูชันและสร้างผลกำไร ซึ่งได้แก่ การเข้าถึงความท้าทายในทางปฏิบัติได้โดยตรง ความเชี่ยวชาญเฉพาะด้านในอุตสาหกรรม เครื่องมือจาก KUKA Robotic Republic และประสบการณ์การใช้งานที่กว้างขวาง ผู้เชี่ยวชาญที่ HS Automation ออกแบบและสร้างสายการผลิตแบบครบวงจร ตั้งแต่การขนถ่ายวัสดุลงเครื่องจักร การจ่ายตามที่กำหนด การตัด ไปจนถึงการเลื่อยและการขันสกรูหรือการตอกตะปูแบบอัตโนมัติ นอกจากนี้ พวกเขายังดำเนินโครงการ เช่น เซลล์การเชื่อมแบบจุดอีกด้วย ก่อนการเริ่มขั้นตอนการทำงาน HS Automation ใช้ผลิตภัณฑ์ของ เช่น KUKA.Sim เพื่อให้มั่นใจว่าโครงการจะประสบความสำเร็จอีกด้วย ผู้เชี่ยวชาญใช้ผลิตภัณฑ์ดังกล่าวในการวางแผนขนาดห้อง รัศมีการเคลื่อนที่ และพื้นที่ความปลอดภัยของระบบล่วงหน้า