TNO Netherlands phát triển hệ thống băng chuyền tốc độ cao kết hợp in 3D chính xác sử dụng Công nghệ từ Beckhoff
VIETNAMESE:
Thực tế dây chuyền sản xuất tốc độ cao kết hợp in ấn 3D với độ chính xác cao sử dụng Công nghệ Beckhoff. Sự phát triển của sản xuất phụ trợ được tiến triển một cách nhanh chóng. Một trong những tiến bộ chính trong sự tiến triển của công nghệ này là in 3D trên kim loại. Để đẩy mạnh hơn cho sự phát triển theo mảng này, Nhóm của nhà sản xuất phụ trợ TNO ở Eindhoven, Hà Lan, đã phát triển hệ thống máy "Hyproline", một "dây chuyền sản xuất hiệu suất cao cho các phụ tùng kim loại nhỏ" trong đó bao gồm một dây chuyền vận chuyển sản phẩm kết hợp với các máy in chính xác có tốc độ cao và các module hoàn thiện kiểm tra các sản phẩm trong nhiều mẫu thiết kế khác nhau.
Đến nay, tiến trình in 3D đã được phát triển bằng những cỗ máy độc lập cho các sản phẩm sản xuất chỉ với số lượng nhỏ, chẳng hạn như các bộ phận thay thế cho các bộ phận hoặc thiết bị máy móc chuyên ngành khác. Khả năng sản xuất hàng loạt sản phẩm cùng kích thước là một trong những lợi ích lớn trong ngành in ấn 3D, và thường được đề cập trong các cuộc thảo luận Công nghệ thông minh trong Công nghiệp hay gọi khác là Công nghiệp thông minh 4.0.
Để đáp ứng nhu cầu lớn này và theo mong muốn của khách hàng trong thời kỳ hiện đại đối với một sản phẩm đặc biệt mà giá cả phải chăng, như vậy cần phải kết hợp 2 yếu tố: sản xuất với một lượng lớn sản phẩm và một hệ số sản xuất phải cao. Vì lý do này TNO,Tổ chức Hà Lan cho nghiên cứu, áp dụng và phát triển nên "Hyproline". Dây chuyền sản xuất tốc độ cao in 3D, tăng sản lượng sản phẩm đầu ra, nhiều loại sản phẩm đa dạng, có cùng chất lượng và thời gian sản xuất. "Sản xuất Hybrid ", được dựa trên khái niệm PrintValley, cho phép một sự kết hợp của nghệ in 3D và độ chính xác gia công của 100 sản phẩm có biến thể khác nhau ở tốc độ cao.
Hyproline bắt đầu như một dự án nghiên cứu châu Âu. Hyproline đã được lập, ủng hộ và xác nhận bởi Liên minh châu Âu, hỗ trợ dự án nghiên cứu Hyproline trong tầm 4 triệu euro.
(Hyproline được hỗ trợ về tài chính bởi Liên minh châu Âu Chương trình khung theo Hiệp định số 314.685) Các "Thiết bị cho sản xuất phụ trợ" phân công TNO ở Eindhoven là một trong những Partner chính của dự án này. Các đối tác khác bao gồm Đại học Birmingham (Vương quốc Anh), Trung tâm nghiên cứu Swerea (Thụy Điển), cũng như các công ty: CCM (Trung tâm cơ điện tử, Hà Lan), Höganäs (Thụy Điển), và ITI TranscenData (Vương quốc Anh). Frits Feenstra, Senior Project Manager, Frits Verhoeven, Kỹ sư nghiên cứu, và Herbert Fiedler, điều khiển và phát triển tự động hóa tại TNO, đã được làm việc trên Hyproline trong bốn năm và theo kế hoạch hoàn thành dự án trong năm 2015. Bình luận của Frits Feenstra:
"Với Hyproline, chúng tôi giải quyết hai điểm chính: Thứ nhất, chúng tôi muốn kể tăng tốc độ sản xuất hoàn chỉnh, từng sản phẩm kim loại theo từng hình dạng khác biệt nhau tùy thuộc vào từng sản phẩm, và thứ hai, chúng tôi muốn làm cho in 3D là một phần không thể thiếu của một dây chuyền sản xuất hoàn chỉnh. " Mặc dù các sản phẩm kim loại còn chưa sản xuất trên Hyproline, tiến trình hoàn thiện 100 sản phẩm kim loại khác nhau là một bước quan trọng hướng tới sản xuất nhanh, chất lượng cao từ in 3D.
Một băng tải chạy liên tục là giải pháp "Chúng ta phải nói lời tạm biệt với ý tưởng in 3D luôn diễn ra trong những khối hoặc hộp ", Frits Feenstra giải thích. "Hiện nay, chúng tôi vẫn đang có những bước kế tiếp, như việc in 3D thông thường. Là mục tiêu của chúng tôi, tuy nhiên, là để sản xuất một số sản phẩm đặc biệt, có lẽ các sản phẩm sẽ hoàn toàn khác nhau, các sản phẩm sẽ được sả xuất ra cùng một lúc, và, để kết thúc, chúng tôi đã phát triển ên Hyproline. "Nó hoạt động giống như một chiếc xe lửa đồ chơi giữ các sản phẩm chạy vòng quanh, Hyproline thực hiện một hệ thống băng chuyền với tổng chiều dài 8 m, nó có thể vận chuyển 100 sản phẩm. Băng chuyền có thể di chuyển với tốc độ lên đến 2 m/s, đi qua nhiều trạm xử lý khác nhau. Các bước gia công riêng lẻ được thực hiện bởi các module gắn phía trên băng chuyền. Các module cài đặt đã được tính toán chiều cao (bao gồm tất cả thành phần), việc quét 3D các sản phẩm kim loại, tiến trình laser (cắt, mài và đánh bóng), được thực hiện ngay trong việc in ấn, sự sửa chữa nhỏ là bước cuối cùng. Trong mỗi chu kỳ của băng chuyền, các pallet được thiết lập để tự điều chỉnh chiều cao chính sao cho chính xác với các bước xử lý tiếp theo. "Do chiều dài của băng chuyền, chúng ta có thể gắn kết một số lượng lớn các máy in và module khác trên chúng. Các bộ phận cung cấp được thực hiện bằng cách in trên kim loại bột (titan, thép không gỉ 316L, hoặc đồng) theo sau là một quá trình liên kết bước, "theo Frits Verhoeven. Một máy quét 3D xác định độ nhám của các kim loại. Nếu bề mặt là quá thô, nó sẽ được đánh bóng bằng một chùm tia laser. Các các bước xử lý này sẽ được lặp đi lặp lại cho đến khi sản phẩm hoàn thành và sẵn sàng được lấy ra khỏi băng chuyền.
Hệ thống kiểm soát mở các giá trị TNO
Một robot Delta được tích hợp để dịch chuyển Pallet lấy các sản phẩm đã hoàn thiện từ băng chuyển đang chạy, công việc được thực hiện khi băng chuyền đang chuyển động. "Mục tiêu của chúng tôi là tốc độ tối đa lên đến 2 m/s, mặc dù tốc độ hiện nay là 1,3 m/s nhưng nó cũng là một thành tựu đáng ghi nhận," Herbert Fiedler đã phát biểu. Một máy tính nhúng Beckhoff CX2020 điều khiển robot, và có hơn hai bộ điều khiển tiếp tục ra lệnh hướng dẫn cho các dây chuyền băng tải và điều khiển quá trình làm sạch cũng như cơ chế in ấn của đầu máy in 3D. "Phần mềm TwinCAT 3 được tích hợp sử dụng tự động hóa" người kỹ thuật chịu trách nhiệm phát triển đã nói. "Chúng tôi đã được sử dụng giải pháp phần cứng và phần mềm từ Beckhoff đã 5 năm nay. Lý do chính mà chúng tôi sử dụng là vì hệ thống phát triển hoàn toàn mở, cái mà chúng tôi muốn tập trung vì chúng tôi có thể tự do lựa chọn bất kỳ bộ điều khiển nào cũng như bất kỳ giao thức nào mà chúng tôi muốn. Ngoài ra, khi so sánh với các hệ thống điều khiển mà chúng tôi đã sử dụng trong quá khứ, việc bảo trì bảo dưỡng của hệ thống Beckhoff cũng thân thiện hơn rất nhiều. Hệ thống mở và việc bảo trì là những khía cạnh rất quan trọng đối với chúng tôi, một yếu tố quan trọng không kém là vì chúng tôi muốn tiếp tục sử dụng hệ thống điều khiển máy mà chúng tôi đã phát triển trong quá khứ cho rất nhiều băng chuyền. Về việc lập trình các chức năng chúng tôi sử dụng TwinCAT và cho phần cứng điều khiển chuyển động, là các Servo Drives Beckhoff AX5000. Các thiết bị đầu cuối EtherCAT EL6692 được sử dụng để đồng bộ hóa các robot với cơ chế điều khiển máy in ".
An toàn tích hợp
Về tính an toàn của hệ thống Hyproline thì được sử dụng các module I/O TwinSAFE từ Beckhoff, các thiết bị này có dãy IP từ IP20 đến IP67. "TwinSAFE mở ra tính an toàn cho máy và kiểm soát chúng và giao tiếp thông qua các fieldbus và cáp nối tương ứng", Herbert Fiedler đã nói. "Điều này giúp loại bỏ sự cần thiết phải kết nối dây mở rộng ra ngoài. " Những chức năng an toàn của các Servo Drives AX5000 được tích hợp thông qua các Card tùy chọn an toàn AX5805. Hai máy tính nhúng là CX2020 liên kết trực tiếp với các thiết bị đầu cuối TwinSAFE Logic EL6900 cho việc điều khiển các chức năng an toàn. Các cảm biến cho các màn hình giám sát và các nút tình điều khiển tình trạng khẩn cấp giao tiếp trực tiếp với hệ thống điều khiển máy thông qua tám module TwinSAFE với IP67 là EP1908 được gắn trực tiếp trên máy.
Một tốc độ tối đa mới
"Hôm nay, Hyproline có thể đồng thời in và xử lý 100 sản phẩm với hình dạng hoàn toàn khác nhau" tự Frits Feenstra quản lý dự án cấp cao.
"Tốc độ của Hyproline là rất quan trọng cho năng suất cao của nó." Với điều này, đội ngũ phát triển TNO nhắm vào mục tiêu nâng cao năng lực sản xuất của cổ máy hơn nữa, có thể lên đến 10.000 sản phẩm mỗi ngày.
Công ty TNHH SX TM XNK & DV THIÊN BẢO
824/21, Sư Vạn Hạnh Nối Dài, Phường 13, Quận 10, TPHCM.
Email: info@tbe.vn
Website: www.tbe.vn
Điện thoại: (84) (08) 6682 9938
Fax: (84) (08) 6261 1448
Hotline: 0909 536 696 (Mr.Vi)
824/21, Sư Vạn Hạnh Nối Dài, Phường 13, Quận 10, TPHCM.
Email: info@tbe.vn
Website: www.tbe.vn
Điện thoại: (84) (08) 6682 9938
Fax: (84) (08) 6261 1448
Hotline: 0909 536 696 (Mr.Vi)
ENGLISH:
TNO, Netherlands: High-speed production linecombines 3D printing with precision machining
The development of additive manufacturing is progressing rapidly. One of the main advances in the progression of this technology is 3D printing of metals. To enhance this trend, TNO’s additive manufacturing department in Eindhoven, The Netherlands, is developing “Hyproline”, a “High Performance Production Line for Small Series Metal Parts” which consists of an integrated production line that incorporates printers and modules for finishing small metal products in various designs.
Up to now, the 3D printing process was limited to stand-alone machines that delivered products in small quantities, such as prostheses or non-standard machine parts. The ability to produce “batch size 1” quantities is one of the great benefits of 3D printing, and is often mentioned in discussions on Smart Industry or Industry 4.0. To meet the demand for mass customization, i. e. the desire of modern consumers for a singular product at an affordable price, it is necessary to combine a large variety of products with high production figures. For this reason TNO, the Netherlands Organization for Applied Scientific Research, has developed
“Hyproline”. This high-speed production line makes 3D printing an integral part of the overall process, thus increasing the production output along with product variety and quality at the same time. “Hybrid manufacturing”, which is based on the PrintValley concept, enables a combination of 3D printing and precision machining of 100 different product variants at high speed.
Hyproline begins as a European research project Arguments in favor of the Hyproline were endorsed by the European Union, which supports the Hyproline research project to the tune of 4 million euros. (Hyproline was financially supported by the European Union’s Seventh Framework Program under Grant Agreement no 314685) The “Equipment for Additive Manufacturing” division of TNO in Eindhoven is one of the key partners in this project. Other partners include the University of Birmingham (United Kingdom), the Swerea research center (Sweden), as well as the companies CCM (Centre for Concepts in Mechatronics, The Netherlands), Höganäs (Sweden), and ITI TranscenData (United Kingdom). Frits Feenstra,
Senior Project Manager, Frits Verhoeven, Research Engineer, and Herbert Fiedler, Control and Automation Developer at TNO, have been working on Hyproline for four years and plan to complete the project in 2015. Frits Feenstra comments:
“With Hyproline, we address two key points: First, we want to considerably speed up the production of complete, individualized metal products, and second, we want to make 3D printing an integral part of a complete production line.” Although the metal products are currently not yet produced on the Hyproline platform itself, the process of finishing 100 different metal components is an important step towards fast, high-quality production of 3D-printed parts.
A continuous conveyor is the solution “We have to say goodbye to the idea that 3D printing always takes place in batches,” Frits Feenstra explains. “At present, we still work in successive steps, as is customary with 3D printing. Our goal, however, is to produce several,
perhaps completely different, products at the same time, and, to that end, we developed Hyproline.” Bearing a striking resemblance to a toy train that keeps going round and round, the Hyproline implements an endless belt system with an overall length of 8 m, on which 100 carriers/pallets are mounted. The belt can move at a speed of up to 2 m/s, passing various processing stations. The individual machining steps are executed by modules mounted above the belt. Installed modules include measurement of the height (of the pallet and the printed layers), 3D scanning of metal products, laser processing (ablation, grinding and polishing), the printing itself, and flash curing as a final step. In each round, the pallet is set to the correct height for the next processing steps. “Due to the length of the belt, we can mount a large number of printers and other modules above the belt. The supplied parts are made by printing on metal powder (titanium, stainless steel 316L, or copper) followed by a sintering step,” according to Frits Verhoeven. A 3D scanner determines the roughness of the applied metal. If the surface is too rough, it is polished by a laser beam. The processing steps are then repeated until the product is complete and ready to be removed from the belt.
TNO values control system openness
An integrated delta robot picks the pallet with the finished product from the belt “on the fly”. “Our goal is a top speed of 2 m/s, although the currently realized speed of 1.3 m/s is already a remarkable achievement,” Herbert Fiedler points out. A Beckhoff CX2020 Embedded PC controls the robot, and two further controllers provide instruction for the conveyor belt and the cleaning and filling mechanism of the print heads. “TwinCAT 3 is used as the integrated automation software,” says the Control Developer. “We have been using hardware and software solutions from Beckhoff for five years. The main reason is the openness of the system, which gives us free choice of controllers and protocols. Also, when compared with control systems we used in the past, the Beckhoff system is much more maintenance-friendly. Openness and maintenance are important aspects for us, not least because we want to continue using machine control systems we developed in the past in the new lines. For programming the functionality we use TwinCAT and for motion control hardware, the Beckhoff AX5000 Servo Drives. The EL6692 EtherCAT bridge terminal is used for synchronizing the robot with the filling mechanism of the printer.”
Integrated safety
Machine safety for the Hyproline system is ensured using TwinSAFE I/O modules from Beckhoff, providing IP 20 and IP 67 rated protection. “TwinSAFE enables machine safety and machine control to communicate via the same fieldbus and the same cable,” states Herbert Fiedler. “This eliminates the need for external wiring.” Safety functions of the AX5000 Servo Drives are integrated through AX5805 safety option cards. The two CX2020 Embedded PCs are directly linked with the EL6900 TwinSAFE Logic Terminals for controlling these safety functions. The sensors for the monitoring screens and the emergency stop buttons communicate directly with the machine control via eight EP1908 TwinSAFE IP 67 modules mounted directly on the machine. A new maximum speed “Today, Hyproline is able to simultaneously print and process 100 products with totally different shapes,” notes Senior Project Manager Frits Feenstra. “The speed of Hyproline is crucial for its high productivity.” With this in mind, the TNO developer team aims to increase the production capacity to about
10,000 parts per day.
824/21, Sư Vạn Hạnh Nối Dài, Phường 13, Quận 10, TPHCM.
Email: info@tbe.vn
Website: www.tbe.vn
Điện thoại: (84) (08) 6682 9938
Fax: (84) (08) 6261 1448
Hotline: 0909 536 696 (Mr.Vi)
