3D tlač poznáme ako veľmi užitočný element v priemysle – výroba akýchkoľvek súčiastok z plastu je vďaka nej bezproblémová záležitosť. No pri väčších rozmeroch narážame na negatívum s touto technológiou spojené: maximálny tlačový rozmer. Tlačiť veľké súčiastky je problém, ktorý sa rieši spojmi, adhéziou leptaného ABS, alebo inými technikami. Je však možné tomuto predísť razantným zvýšením tlačového priestoru? Napríklad využitím cobotov? Viacero firiem a nadšencov to už vyskúšalo a výsledky sú naozaj veľmi zaujímavé

3D tlač

3D tlač je aditívna technológia, pri ktorej tvoríme vopred definovaný tvar pomocou CAD technológií s použitím plastového filamentu. 3D tlač prebieha na dobre známych 3D tlačiarňach. Výhody tejto technológie sú pomerne jednoznačné, no aké sú jej nevýhody? Jednou z nich je paradoxne konštrukcia tlačiarní.

Konštrukcia

Tlačiarne majú konštrukciu prispôsobenú tomu, či sa jedná o karteziánske tlačiarne, Core XY, Delta, alebo Polar tlačiarne. V prípade najrozšírenejších, karteziánskych tlačiarní, vykonávajú pohyb nasledovne:

Nie je náhodou že tlačiareň má „kompaktné rozmery“, maximálna tlačová plocha pri štandardných tlačiarňach je približne kocka s rozmerom 470 mm. Súvisí to aj so zachovaním presnosti s kladením dôrazu na konštrukciu. Preto v záujem zachovania opakovateľnosti by museli byť väčšie rozmery spojené s veľmi hrubou a pevnou konštrukciou.

Či už sa tlač využíva na domáce účely pre nadšencov, alebo v priemysle pre hromadnú výrobu stoviek, až tisíc kusov, princíp fungovania je rovnaký. A limitovaný tlačovým priestorom. Toto sa mnohí technici a výskumníci pokúšajú zmeniť, zaujímavým vývojom a svojimi pokusmi

Kolaboratívna robotika

Kolaboratívna robotika zažíva najväčší rozmach práve posledné roky, kedy sa aj „vďaka“ COVID-19 potvrdilo, že „najslabším“ článkom vo výrobnom procese je operátor a preto je pre zachovanie produkcie určité úlohy automatizovať. S cobotmi a ich spoluprácou s človekom je možné dosiahnuť naozaj rôzne aplikácie, ktorých limit končí len u predstavivosti integrátora, alebo procesného inžiniera. Preto sa pokusmi a vývojom objavujú stále ďalšie možnosti aplikácie kolaboratívnej robotiky aj do iných odvetví priemyslu.

3D tlač robotom – výskum

Výskumom sa zaoberali Mohammad S. a kolektív pre Journal of Manufacturing Processes v roku 2022. Jeho cieľom bolo priniesť do aditívnej technológie stroje s viacerými stupňami voľnosti, ako napríklad coboty, ktoré môžu priniesť veľmi priaznivé tlačové výsledky a v neposlednom rade výrazne navýšiť tradičnú tlačovú plochu. Navrhovaný systém pozostáva z extrudéra (3D tlačovej hlavy) vybaveného na mieru vyrobeným jednoduchým riadiacim obvodom, kolaboratívneho robota a počítača so softvérom AMCS. Na riadenie rýchlosti vytláčania a teploty extrudéra sa používal mikrokontrolér (Arduino UNO). Používa sa rovnako aj na riadenie rýchlosti vytláčania príkazom krokovému motoru prostredníctvom riadiaceho obvodu. Na mikrokontroléri je implementovaný nízkoúrovňový riadiaci program (napísaný v jazyku C).

Výhody aplikácie

Hlavnou výhodou je nepochybne možnosť vyrobiť väčšie diely práve vďaka dosahu robota, ktorý sa odvíja od konkrétneho typu robota.
Ďalej to je viacero stupňov voľnosti, ktoré otvárajú nové možnosti pri tlači tak, že v niektorých prípadoch dokonca nebude nutná tlač tzv. „supportov“.
Možnosť nekonvenčnej finálnej vrstvy, kde nebude nutné, aby celá vrstva bola v rovnakej výške v osi Z, čo otvára zaujímavé možnosti pre vytvorenie perfektného hladkého povrchu po celej ploche súčiastky.

Test výskumu

Pri teste sa používal tlačový materiál PLA s filamentom o priemere 1.75mm. Na tlač sa používala dýza s priemerom 0.8mm. Bol použitý redundantný kolaboratívny robot KUKA 7R800. Navrhovaný systém dokáže úspešne vyrobiť aj typ dielov, ktoré sa vyznačujú geometrickou zložitosťou a kvalitou vzhľadu povrchu.

Dokončovanie finálnej vrstvy

Dokončovacia vrstva odstraňuje schodovitú štruktúru, ktorá je typickým problémom dielov vyrábaných na bežných 3-osových strojoch. Nižšie je zobrazené porovnanie 3D súčiastky vytlačenej konvenčným 3-osovým tlačovým strojom a tej istej súčiastky vyrobenej pomocou navrhovaného rámca s dokončujúcou vrstvou.

Použitie dokončovacej vrstvy znižuje potrebu následného spracovania na zlepšenie vzhľadu povrchu (zamedzenie schodovitého vzhľadu). Okrem toho zlepšuje mechanické vlastnosti dielov znížením zvyškového napätia a lepším prenášaním zaťaženia v určitých smeroch. Skúška trojbodovým ohybom preukázala, že pevnosť dielov sa aplikáciou dokončovacej vrstvy zlepší približne o 25 %.

Zhodnotenie

Zhotoveným systémom riadenia orientácie robota dokázal vytvárať kvalitnejšie a pevnejšie súčiastky, ktoré dokážu lepšie znášať zaťaženie vo vybraných smeroch. Výsledkom preto sú diely, ktoré sú identické ako z konvenčných 3 osových tlačiarní. Pracovný systém cobota je veľký, pretože ho definuje len maximálny dosah cobota. Integrovaný systém preukázal všestrannosť pri tvorbe zložitých súčiastok aj s experimentálnou finálnou vrstvou.