3D tištěný robot s vysokou zátěží Odkazy

Úvod do vysoce pevných robotických spojů prostřednictvím 3D tisku kovů

V neustále se vyvíjejícím prostředí průmyslové automatizace je požadavek na robustní, lehké a precizně zkonstruované komponenty prvořadý. Robotické články, konstrukční prvky spojující klouby robota a umožňující jeho pohyb, mají zásadní význam pro výkon a spolehlivost. Tyto klíčové díly, tradičně vyráběné subtraktivními metodami, nyní procházejí revolucí s nástupem 3D tisku z kovu, známého také jako aditivní výroba z kovu. Tato inovativní technologie umožňuje vytvářet složité geometrie s vylepšenými vlastnostmi materiálu, což otevírá nové možnosti pro vysoce odolné robotické spoje v různých průmyslových odvětvích. Na adrese Metal3DP, stojíme v čele této transformace a poskytujeme nejmodernější technologie 3D tisk zařízení a vysoce výkonné kovové prášky, které splňují náročné požadavky moderní robotiky. Náš špičkový objem tisku, přesnost a spolehlivost zajišťují, že kritické robotické spoje lze vyrábět v bezkonkurenční kvalitě.  

Aplikace 3D tištěných robotických článků v moderní robotice

Všestrannost kovového 3D tisku rozšířila možnosti použití vysokopevnostních robotických článků v mnoha odvětvích.

• Letectví: V letecké a kosmické výrobě jsou lehká a zároveň silná robotická ramena nezbytná pro montážní, kontrolní a údržbářské práce v omezených prostorech. 3D tištěné robotické články vyrobené z materiálů, jako je M300, nabízejí vysoký poměr pevnosti a hmotnosti, který je pro tyto náročné aplikace vyžadován.  
• Automobilový průmysl: V automobilovém průmyslu se roboti hojně využívají na montážních linkách při svařování, lakování a manipulaci s materiálem. 3D tištěné články robotů umožňují navrhovat lehčí a účinnější robotická ramena, což vede ke zvýšení produktivity a snížení spotřeby energie.  
• Lékařský: Ve zdravotnictví jsou přesnost a hygiena velmi důležité. Roboti s 3D tištěnými články se používají při chirurgických zákrocích, rehabilitaci a automatizaci laboratoří. Možnost přizpůsobit návrhy a používat biokompatibilní materiály, jako jsou některé nerezové oceli dostupné na Metal3DP je kovový 3D tisk ideální volbou.
• Průmyslová výroba: V různých průmyslových aplikacích, od zpracování potravin až po těžké stroje, roboti vykonávají opakované a často namáhavé úkoly. Vysokopevnostní články robotů vyrobené pomocí 3D tisku zvyšují odolnost a životnost těchto robotů a zajišťují jejich stálý výkon v náročných podmínkách.  

Výhody aditivní výroby kovů pro výrobu robotických článků

Volba kovového 3D tisku namísto tradičních výrobních metod pro robotické spoje představuje několik přesvědčivých výhod:

• Svoboda a složitost návrhu: Aditivní výroba umožňuje vytvářet složité geometrie, kterých běžnými technikami jednoduše nelze dosáhnout. To umožňuje optimalizovat konstrukce článků robotů pro snížení hmotnosti, zlepšení tuhosti a integrované funkce.  
• Odlehčení: Materiály jako M300 a 1.2709 mohou při zpracování pomocí 3D tisku kovů vést k lehčím dílům bez snížení pevnosti. To má zásadní význam pro robotická ramena, protože nižší hmotnost znamená nižší setrvačnost, rychlejší pohyby a nižší spotřebu energie.  
• Přizpůsobení a rychlé prototypování: 3D tisk z kovu usnadňuje rychlou výrobu vlastních robotických článků přizpůsobených specifickým požadavkům aplikace. Tato agilita je neocenitelná pro výrobu prototypů a malosériovou výrobu.  
• Účinnost materiálu: Aditivní výroba minimalizuje plýtvání materiálem ve srovnání se subtraktivními metodami, při nichž se k dosažení konečného tvaru odebírá značné množství materiálu. To vede k úspoře nákladů a udržitelnějšímu výrobnímu procesu.  
• Vylepšený výkon: Výrobní proces 3D tisku kovů po vrstvách může vést k dílům s vynikajícími mechanickými vlastnostmi, jako je zvýšená pevnost a odolnost proti únavě, které jsou nezbytné pro vysoce zatížené robotické spoje. Metal3DP pokročilý systém výroby prášků zajišťuje výrobu vysoce kvalitních kovových prášků, které přispívají k těmto lepším vlastnostem.  

Výběr materiálu: Proč jsou M300 a 1.2709 vhodné pro aplikace s vysokou zátěží?

Volba kovového prášku má zásadní význam pro konečné vlastnosti a výkon 3D tištěných článků robotů. M300 a 1.2709 jsou dva výjimečné materiály proslulé svou vhodností pro aplikace s vysokým zatížením:

M300 (maraging steel):

Vlastnictví	Popis	Výhody pro odkazy na roboty
Chemické složení	Obvykle nikl-kobalt-molybdenová ocel s nízkým obsahem uhlíku.	Vysoká pevnost a houževnatost po tepelném zpracování.
Tvrdost	Po stárnutí může dosáhnout velmi vysoké tvrdosti (až 55 HRC).	Vynikající odolnost proti opotřebení a schopnost odolávat vysokému zatížení bez deformace.
Pevnost v tahu	Vykazuje výjimečnou pevnost v tahu (po tepelném zpracování přes 2000 MPa).	Zajišťuje, aby článek robota vydržel značné síly a namáhání během provozu.
Obrobitelnost	Relativně snadno se obrábí v žíhaném stavu před tepelným zpracováním, což v případě potřeby umožňuje přesné následné zpracování.	Usnadňuje dosažení přísných tolerancí a hladké povrchové úpravy.
Aplikace	Široce se používá při výrobě nástrojů pro letecký průmysl, vysoce výkonných automobilových komponentů a vstřikování plastů. Díky svým vlastnostem je ideální pro náročné konstrukční aplikace, jako jsou články robotů.	Prokazatelné výsledky v prostředí s vysokým zatížením, které zajišťuje spolehlivost a dlouhou životnost robota.

Export do archů

1.2709 (maraging steel):

Vlastnictví	Popis	Výhody pro odkazy na roboty
Chemické složení	Podobně jako M300 je to vysokopevnostní ocel legovaná niklem, kobaltem a molybdenem.	Nabízí dobrou rovnováhu mezi pevností a tažností.
Tvrdost	Po tepelném zpracování dosahuje vysoké tvrdosti (obvykle 50-54 HRC).	Poskytuje vynikající odolnost proti opotřebení a otlakům.
Pevnost v tahu	Vykazuje vysokou pevnost v tahu (obvykle 1900-2100 MPa po tepelném zpracování).	Umožňuje výrobu robotických článků schopných zvládnout značné zatížení.
Svařitelnost	Vykazuje dobrou svařitelnost, což může být výhodné pro určité montážní nebo opravárenské scénáře, ačkoli 3D tištěné díly často minimalizují potřebu svařování.	Nabízí flexibilitu při výrobě a možnost integrace s dalšími komponenty.
Aplikace	Běžně se používá v leteckém a kosmickém průmyslu, v motoristickém sportu a v nástrojářství, kde je důležitá vysoká pevnost a houževnatost. Jeho vhodnost se rozšiřuje i na vysoce výkonné články robotů.	Spolehlivý výkon v náročných aplikacích, který přispívá k celkové efektivitě a životnosti robotického systému.

Export do archů

Metal3DP nabízí vysoce kvalitní kovové prášky M300 i 1.2709, zpracované pomocí pokročilých technologií plynové atomizace a PREP, které zajišťují vysokou sféricitu a tekutost, jež jsou klíčové pro optimální výsledky 3D tisku.

Optimalizace designu pro 3D tištěné vysoce výkonné robotické spoje

Navrhování robotických článků pro 3D tisk z kovu vyžaduje odlišné myšlení ve srovnání s tradiční výrobou. Pro plné využití možností aditivní výroby a dosažení optimálního výkonu je zásadních několik konstrukčních aspektů:

• Optimalizace topologie: Tato výpočetní metoda umožňuje odstranění materiálu v nekritických oblastech při zachování celistvosti konstrukce. Analýzou drah zatížení mohou konstruktéři vytvářet lehké a přitom pevné robotické články s organickou, optimalizovanou geometrií, které by nebylo možné vyrobit běžnými metodami.
• Mřížové struktury: Začleněním mřížkových struktur do vnitřního prostoru článku robota lze výrazně snížit hmotnost, aniž by došlo ke snížení tuhosti. Tyto složité, opakující se vzory poskytují vynikající poměr pevnosti a hmotnosti a lze je přizpůsobit specifickým požadavkům na zatížení.
• Integrace funkcí: 3D tisk z kovu umožňuje integrovat více funkcí do jednoho dílu. V případě robotických článků to mohou být integrované chladicí kanály, kabelové trasy nebo montážní prvky, což snižuje potřebu dalších komponent a montážních kroků.
• Orientace a podpůrné struktury: Orientace dílu během tisku významně ovlivňuje povrchovou úpravu, požadavky na podporu a mechanické vlastnosti. Pečlivé zvážení orientace sestavení a strategické umístění podpůrných struktur je nezbytné pro minimalizaci spotřeby materiálu, snížení nároků na následné zpracování a zajištění rozměrové přesnosti.
• Tloušťka stěny a žebra: Optimalizací tloušťky stěny a začleněním výztužných žeber lze zvýšit tuhost a pevnost článku robota při zachování minimální hmotnosti. Minimální dosažitelná tloušťka stěny závisí na zvoleném kovovém prášku a možnostech 3D tiskárny. Metal3DP odborné znalosti v oblasti selektivního tavení elektronovým svazkem (SEBM) a laserové fúze v práškovém loži (LPBF) zajišťují, že lze s vysokou přesností vyrábět složité geometrie s optimalizovanou tloušťkou stěn.

Dosažení přesnosti: Přesnost: tolerance, povrchová úprava a rozměrová přesnost u 3D tištěných robotických spojů

Pro vysoce výkonné robotické spoje je přesnost rozměrů a povrchová úprava rozhodující pro zajištění správného uložení, funkčnosti a dlouhé životnosti. Technologie 3D tisku z kovu dosáhly významného pokroku v dosahování těsných tolerancí a lepší povrchové úpravy:

• Tolerance: Dosažitelná tolerance při 3D tisku z kovu závisí na faktorech, jako je technologie tisku, materiál, geometrie dílu a následné zpracování. Obvykle lze dosáhnout tolerance ±0,1 až ±0,05 mm. V případě kritických rozměrů mohou techniky následného zpracování, jako je CNC obrábění, dále zvýšit přesnost na několik mikrometrů.
• Povrchová úprava: Povrchová úprava po tisku je u 3D tisku z kovu obecně drsnější než u obráběných povrchů. Drsnost povrchu (Ra) se obvykle pohybuje od 5 do 20 μm v závislosti na parametrech tisku a velikosti částic prášku. U aplikací vyžadujících hladší povrchy lze použít metody následného zpracování, jako je leštění, broušení nebo kuličkování.
• Rozměrová přesnost: Rozměrová přesnost se týká schopnosti 3D tištěného dílu odpovídat zamýšleným rozměrům návrhu. Mezi faktory ovlivňující přesnost patří smršťování materiálu během tuhnutí, tepelné gradienty a kalibrace stroje. Na adrese Metal3DP, naše nejmodernější tiskárny SEBM jsou známé svou vysokou přesností a spolehlivostí a minimalizují odchylky od zamýšleného návrhu.

Parametr	Typický rozsah 3D tisku z kovu	Faktory ovlivňující	Metody zlepšování	Význam pro roboty Odkazy
Tolerance	±0,1 až ±0,05 mm	Technologie, materiál, geometrie, kalibrace stroje	Přesné obrábění, pečlivá kontrola procesu	Zajišťuje správnou montáž a funkčnost robotického ramene.
Drsnost povrchu (Ra)	5 až 20 μm	Velikost prášku, tloušťka vrstvy, orientace konstrukce	Leštění, broušení, kuličkování, chemické leptání	Snižuje tření, zvyšuje odolnost proti opotřebení a může zvýšit únavovou životnost.
Rozměrová přesnost	Liší se podle velikosti a složitosti dílu	Smršťování materiálu, tepelné spády, kalibrace	Optimalizované parametry sestavení, kontrola po zpracování	Zaručuje, že článek robota správně zapadá do ostatních součástí a funguje, jak má.

Export do archů

Základní následné zpracování pro odolné 3D tištěné robotické spoje

Přestože 3D tisk z kovu nabízí značné výhody, pro dosažení požadovaných mechanických vlastností, povrchové úpravy a rozměrové přesnosti robotických spojů jsou často nutné kroky následného zpracování:

• Odstranění podpory: Během procesu tisku jsou často nutné podpůrné konstrukce, které zabraňují deformacím a zajišťují správnou geometrii. Tyto podpěry je třeba po tisku pečlivě odstranit, což může být ruční nebo automatizovaný proces v závislosti na složitosti dílu a podpůrném materiálu.
• Tepelné zpracování: Tepelné zpracování má zásadní význam pro dosažení požadovaných mechanických vlastností materiálů, jako jsou M300 a 1.2709. Pro optimalizaci pevnosti, tvrdosti a houževnatosti se provádějí procesy, jako je uvolňování napětí, kalení a stárnutí.
• Povrchová úprava: Jak již bylo zmíněno, ke zlepšení drsnosti povrchu 3D tištěných článků robotů lze použít různé techniky povrchové úpravy. Patří mezi ně leštění, broušení, abrazivní proudové obrábění a kuličkování.
• CNC obrábění: U kritických rozměrů a prvků vyžadujících velmi přísné tolerance lze použít CNC obrábění jako sekundární proces po 3D tisku. Tento hybridní přístup kombinuje konstrukční svobodu aditivní výroby s přesností subtraktivní výroby.
• Povrchová úprava: V závislosti na prostředí, ve kterém je robot používán, mohou být použity povlaky pro zvýšení odolnosti proti korozi, odolnosti proti opotřebení nebo jiných specifických vlastností článku robota. Mezi běžné povlaky patří tvrdé chromování, eloxování a práškové lakování.

Překonávání problémů při 3D tisku kovových článků robotů

3D tisk z kovu sice nabízí řadu výhod, ale zároveň přináší určité problémy, které je třeba řešit, aby byla zajištěna úspěšná výroba vysoce kvalitních robotických článků:

• Deformace a zkreslení: Tepelné namáhání během tisku může vést k deformaci a zkreslení, zejména u velkých nebo složitých dílů. Pro zmírnění těchto problémů je zásadní optimalizovat orientaci sestavy, používat podpůrné struktury a kontrolovat prostředí tisku.
• Pórovitost: Ve 3D tištěných kovových dílech se mohou vyskytovat vnitřní dutiny nebo póry, které mohou negativně ovlivnit jejich mechanické vlastnosti. Výběr správných parametrů tisku, zajištění vysoce kvalitního kovového prášku (jako jsou ty, které nabízí např Metal3DP) a použití vhodných technik následného zpracování, jako je lisování za tepla (HIP), může minimalizovat pórovitost.
• Podpora odstranění poškození: Nesprávné odstranění podpěrných konstrukcí může poškodit povrch článku robota. Důležitý je pečlivý návrh podpůrných konstrukcí a použití vhodných technik odstraňování.
• Zbytková napětí: Rychlé cykly zahřívání a ochlazování při 3D tisku kovů mohou v dílu vyvolat zbytková napětí, která mohou vést k praskání nebo selhání při zatížení. Ke zmírnění těchto napětí je nutné provést tepelné úpravy pro uvolnění napětí.
• Náklady a škálovatelnost: Počáteční náklady na zařízení a materiály pro 3D tisk z kovu mohou být vyšší než u tradičních výrobních metod. Problémem může být také škálovatelnost pro velkosériovou výrobu. Pro složité díly s vysokou hodnotou a pro výrobu v malých až středních objemech však může být kovový 3D tisk nákladově efektivní.

Výběr spolehlivého poskytovatele služeb 3D tisku kovů pro robotické spoje

Výběr správného poskytovatele služeb 3D tisku z kovu je zásadní pro získání vysoce kvalitních robotických článků, které splňují vaše specifické požadavky. Při hodnocení potenciálních dodavatelů zvažte následující faktory:

• Technologické a materiálové možnosti: Ujistěte se, že poskytovatel má zkušenosti s konkrétními kovovými prášky potřebnými pro vaši aplikaci (např. M300, 1.2709) a využívá pokročilé tiskové technologie, jako je selektivní tavení elektronovým svazkem (SEBM) nebo laserová fúze v práškovém loži (LPBF). Metal3DP nabízí technologie SEBM i LPBF a širokou škálu vysoce výkonných kovových prášků.
• Zajištění kvality a certifikace: Hledejte poskytovatele s robustními systémy řízení kvality a příslušnými certifikacemi (např. ISO 9001, AS9100 pro letecký průmysl). To zaručuje, že jejich procesy jsou kontrolovány a že vyrobené díly splňují přísné normy kvality.
• Konstrukční a inženýrská podpora: Dobrý poskytovatel služeb by měl nabízet optimalizaci konstrukce a inženýrskou podporu, která vám pomůže přizpůsobit návrhy robotických článků pro aditivní výrobu a zajistit optimální výkon a vyrobitelnost.
• Služby následného zpracování: Ověřte si dostupnost základních služeb následného zpracování, jako je tepelné zpracování, povrchová úprava a CNC obrábění, protože tyto služby jsou často rozhodující pro dosažení konečných vlastností a rozměrů článků robota.
• Zkušenosti a odbornost: Vyberte si dodavatele s prokazatelnými zkušenostmi s výrobou podobných komponentů pro váš obor. Jejich zkušenosti vám pomohou předvídat možné problémy a zajistit hladký průběh výroby.
• Komunikace a transparentnost: Pro úspěšné partnerství je zásadní jasná a konzistentní komunikace. Poskytovatel by měl reagovat na vaše dotazy a pravidelně vás informovat o průběhu projektu.
• Dodací lhůty a škálovatelnost: Prodiskutujte dobu realizace výroby a kapacitu dodavatele, aby zvládl vaše současné a budoucí požadavky na objem výroby.
• Struktura nákladů: Pochopení cenového modelu a všech souvisejících nákladů, včetně tisku, materiálů, následného zpracování a dopravy.

Pochopení nákladů a doby realizace výroby 3D tištěných robotických článků

Náklady a doba výroby 3D tištěných robotických článků jsou ovlivněny několika faktory:

• Náklady na materiál: Typ a množství použitého kovového prášku významně ovlivňují celkové náklady. Vysoce výkonné slitiny jako M300 a 1.2709 mohou být dražší než standardní kovy.
• Objem a složitost stavby: Větší a složitější díly vyžadují více času a materiálu na tisk, což vede k vyšším nákladům. Objem 3D tiskárny také ovlivňuje počet dílů, které lze vyrábět současně. Metal3DP špičkový objem tisku umožňuje efektivní výrobu větších součástí nebo více menších dílů.
• Doba tisku: Doba trvání tiskového procesu závisí na faktorech, jako je velikost dílu, tloušťka vrstvy a zvolená technologie tisku. Delší doba tisku znamená vyšší náklady na stroj.
• Požadavky na následné zpracování: Rozsah nutného následného zpracování (např. odstranění podpory, tepelné zpracování, obrábění, dokončovací práce) zvyšuje náklady i dobu realizace.
• Množství: Zatímco 3D tisk je často nákladově efektivní pro malé až střední objemy, jednotkové náklady se mohou snížit při větších výrobních sériích díky úsporám z rozsahu.
• Dodací lhůta: Celková doba realizace zahrnuje dobu pro finalizaci návrhu, přípravu tisku, vlastní proces tisku, následné zpracování a kontrolu kvality. Může se výrazně lišit v závislosti na složitosti dílu, dostupnosti tiskového zařízení a vytíženosti poskytovatele služeb.

Je nezbytné tyto faktory podrobně prodiskutovat s vybraným poskytovatelem služeb 3D tisku kovů, abyste získali přesný odhad nákladů a realistickou dobu realizace vašeho projektu výroby robotických článků.

Často kladené otázky (FAQ)

• Jaké jsou typické tolerance dosažitelné při 3D tisku z kovu pro články robotů?
  • Typické tolerance se pohybují v rozmezí ±0,1 až ±0,05 mm ve stavu po tisku. U kritických rozměrů lze následným zpracováním, například CNC obráběním, dosáhnout tolerance několika mikrometrů.
• Je u 3D tištěných kovových článků robotů vždy nutné tepelné zpracování?
  • Tepelné zpracování má často zásadní význam pro dosažení požadovaných mechanických vlastností, jako je pevnost a tvrdost, u materiálů jako M300 a 1.2709. Konkrétní cyklus tepelného zpracování závisí na slitině a požadavcích na použití.
• Mohou být kovové 3D tištěné články robotů stejně pevné jako ty tradičně vyráběné?
  • Ano, pokud je proces tisku optimalizován a jsou použity správné materiály a následné zpracování, mohou kovové 3D tištěné články robotů dosahovat srovnatelných nebo dokonce lepších poměrů pevnosti a hmotnosti ve srovnání s tradičně vyráběnými díly. Výsledkem procesu sestavování po vrstvách mohou být jedinečné mikrostruktury, které zlepšují mechanické vlastnosti.

Závěr: Budoucnost vysokopevnostních robotických spojů spočívá v 3D tisku kovů

Kovový 3D tisk přináší revoluci ve způsobu navrhování a výroby vysoce pevných článků robotů. Jeho schopnost vyrábět složité geometrie, snižovat hmotnost, zvyšovat výkon a umožňovat přizpůsobení z něj činí stále atraktivnější alternativu k tradičním výrobním metodám pro různá odvětví od leteckého průmyslu po zdravotnictví. Společnosti jako např Metal3DP stojí v čele této inovace a poskytuje pokročilé zařízení pro 3D tisk a vysoce kvalitní kovové prášky, jako jsou M300 a 1.2709, které jsou ideální pro náročné robotické aplikace. Pochopením konstrukčních aspektů, vlastností materiálů, požadavků na následné zpracování a způsobu výběru správného poskytovatele služeb mohou konstruktéři a manažeři nákupu využít sílu aditivní výroby kovů k vytvoření vysoce výkonných robotických článků nové generace, které podpoří efektivitu a inovace v příslušných oborech. Kontakt Metal3DP a zjistěte, jak mohou naše komplexní řešení AM pro kovy podpořit cíle vaší organizace v oblasti aditivní výroby.