픽 앤 플레이스 로봇용 3D 프린팅 맞춤형 연료 분사기 그리퍼

위스콘신에 본사를 두고 있는 STS 기술 그룹은 직원 채용, 기술 설계에 관해 고객과 거의 40년 동안 협력해 왔습니다. 및 엔지니어링 과제. 미국 전역의 채용 센터에 250명 이상의 직원을 두고 있는 이 회사는 끊임없이 변화하는 제조 기술 환경에 적응하여 새롭고 혁신적인 서비스가 등장할 때마다 이를 제공하며 성장했습니다.

STS는 제조 환경에서 광범위하게 사용하기에 적합한 다양한 재료, 의료용 3D 인쇄 구성 요소를 생산할 수 있는 기능 및 인쇄 구성 요소의 고품질 때문에 Formlabs 3D 인쇄 기술을 활용합니다.

이 사례 연구에서 STS 기술 그룹의 엔지니어링 서비스 이사인 Benjamin Heard는 제조 환경에서 연료 인젝터를 이동 및 배치하기 위한 맞춤형 그리퍼 개발 과정을 안내하며 주조와 같은 기존 생산 방법으로 부품을 생산하는 것과 비교하여 3D 프린팅의 장점을 강조합니다. 및 가공. 또한 Heard는 맞춤형 3D 인쇄 그리퍼의 기능이 기존의 전통적으로 제조된 그리퍼보다 훨씬 뛰어난 이유도 설명합니다.

특정 구성 요소에 대한 생산 공정을 선택하는 방법

특정 부품을 제조하려면 주조, 제작, 기계가공과 같은 개발 과정에서 많은 생산 공정을 고려해야 하며, FDM(Fused Deposition Modeling) 또는 SLA(광조형 조형) 인쇄와 같은 3D 인쇄 공정을 고려해야 합니다.

부품 제조를 위한 3D 프린팅의 몇 가지 장점:

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주조 및/또는 기계 가공보다 더 세부적인 사항. 인쇄 레이어 두께는 25미크론만큼 작을 수 있습니다.

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매우 상세한 디자인의 경우 주조, 제작 또는 기계 가공보다 비용 효율적입니다.

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주조, 가공 또는 기계 가공보다 리드 및 생산 시간이 현저히 단축됩니다.

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프린팅 후 별도의 가공이 필요 없기 때문에 숙련된 노동력과 번거로운 설정이 필요한 고가의 가공 장비가 필요 없습니다.

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내구성이 뛰어나고 가벼운 소재를 다양하게 선택합니다.

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CAD 소프트웨어로 만든 디자인을 저장하고 재고가 필요 없이 교체가 필요할 때 재사용할 수 있습니다.

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3D 인쇄된 항목은 지지대를 강화하기 위해 전략적으로 추가 재료를 통합하고 나사/볼트 구멍 및 육각 구멍과 같은 설치 기능을 통합하여 설치에 더 적합하도록 설계할 수 있습니다.

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SLA 3D 인쇄 폴리머 부품이 작동 중에 심한 충격을 받으면 파손될 가능성이 높은 반면, 금속 부품은 허용 범위를 벗어나 구부러지고 계속 사양을 벗어난 부품을 생산하는 경향이 있습니다.

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고장난 구성 요소 및 교체 부품의 교체 비용을 낮추고 리드 타임을 단축합니다.

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인쇄된 부분은 원하는 코팅으로 칠하거나 덮을 수 있는 미적 외관을 가지고 있습니다.

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가공 중에 녹거나, 부서지거나, 갈라지기 때문에 가공에 적합하지 않은 재료에 대한 대안을 제공합니다.

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중량 감소 및 포장재 감소로 운송 비용 절감

주조, 제작, 기계가공 또는 3D 프린팅 구성요소 중에서 결정할 때 먼저 부품이 보유해야 하는 내구성을 고려하십시오. 기존 공정으로 생산된 금속 부품은 더 높은 강도, 내구성 및 내마모성을 제공하지만 많은 구성 요소에는 특정 엔지니어링 재료를 사용한 3D 프린팅으로 쉽게 충족할 수 있는 요구 사항이 있습니다.

재료가 온도, 수분 수준 또는 부식제의 존재를 견딜 수 있는지 확인하기 위해 작업 환경도 선택하는 동안 고려되어야 합니다. 대형 부품을 3D 프린팅하는 것은 문제가 될 수 있지만 Form 3L과 같은 대형 3D 프린터는 더 큰 인쇄 요청을 수용할 수 있습니다.

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데스크탑 광조형(SLA)을 사용한 3D 인쇄 소개

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맞춤형 연료 분사기 그리퍼 설계 및 3D 인쇄

픽 앤 플레이스 작업을 위한 그리퍼를 설계할 때 많은 요소가 고려됩니다. 선택한 구성요소와 그리퍼에 사용된 재료, 그립 강도, 선택한 구성요소의 형상, 방사형 죠 대 선형 죠 모션, 주변 여유 공간, 필요한 픽 앤 플레이스 위치 허용 오차.

그리퍼 핑거 소재는 일반적으로 수천 또는 수백만 사이클 후에도 팔이 마모되지 않도록 선택한 부품보다 훨씬 더 강하고 단단하도록 선택됩니다. 일반적인 그리퍼 재료는 경화된 강철이며, 이는 더 부드러운 선택 부품 표면에 흠집을 유발할 수 있습니다. 마감이 섬세하면 코팅이나 신발이 그리퍼에 추가됩니다. 또한 부품을 추가 기계 작업을 위한 위치로 이동할 때 그립 접촉이 불량하면 부품이 잘못 배치되고 가공 결함이 생성될 수 있습니다.

원래 공압 실린더에 설치된 일반 그리퍼입니다.

일반적으로 그리퍼 조는 원통형이거나 가장자리가 평평하지 않은 피킹 품목의 경우 'V'자 모양으로 절단됩니다. 이 모양은 부드러운 접선 접촉의 측면당 두 위치에서 선택한 부품에 대한 안정적인 접촉을 제공합니다. 더 중요한 것은 프로세스의 수에 관계없이 확장할 수 있는 간단하고 비용 효율적인 설계라는 것입니다.

이 디자인의 단점은 그리퍼와 품목 모두에 스트레스를 주는 힘 집중으로 인해 고립된 그리퍼 마모가 발생한다는 것입니다. 또한 'V' 그리퍼는 항목을 추상적으로만 배치할 수 있으므로 추가 제조 공정을 위한 보조 배치 메커니즘이 필요합니다.

그리퍼를 생산하기 위해 3D 프린팅을 선택하면 설계 옵션이 크게 증가하고 더 큰 접촉 영역에 힘을 분산시키는 형태에 맞는 그립을 생산할 수 있습니다.

이 예에서는 Creaform 레이저 3D 스캐너와 VX Elements 모델링 소프트웨어를 사용하여 연료 분사기의 가상 3D 스캔을 얻어 그리퍼 설계를 지원했습니다. 스캔 결과 연료 인젝터의 모든 간격, 실린더 및 구멍을 지루하게 측정할 필요 없이 복잡한 세부 사항이 포함된 이미지가 생성되었습니다. 그런 다음 스캔한 이미지를 3D CAD 소프트웨어로 가져와 소프트웨어의 몰드 기능을 사용하여 매우 상세한 디자인을 생성할 수 있습니다.

연료 분사기(위)는 맞춤형 그리퍼를 만드는 데 사용할 수 있는 모델(아래)을 만들기 위해 3D 스캔되었습니다.

우리의 새로운 상세한 방사형 그리퍼 디자인은 공압 실린더의 피스톤에 부착된 회전 암에 장착됩니다.

새로운 그리퍼는 Formlabs Form 3 SLA 3D 프린터에서 프로토타입 및 제조되었습니다. Formlabs는 빠른 프로토타입을 위한 Draft Resin과 같은 빠른 프로토타이핑을 위한 여러 재료를 제공합니다. 우리의 경우 Standard Black Resin이 디자인의 초기 프로토타입을 개발하는 데 사용되었습니다. 두 그리퍼 절반 모두 단일 빌드로 Form 3에 인쇄할 수 있습니다. 재료를 쉽게 변경할 수 있으므로 원래 아이디어에서 최종 제품에 도달하는 속도가 빨라집니다.

최종 사용 구성 요소를 제조하려면 생산 환경을 유지하기 위해 보다 내구성 있는 재료가 필요했습니다. 결과적으로 Rigid 4000 Resin을 사용하여 최종 그리퍼를 만들었습니다. 이 극도로 단단하고 유리로 채워진 폴리머 재료는 높은 내구성, 강성 및 인쇄된 부품에 대한 매력적인 마감을 제공합니다.

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역설계, 복원 및 계측을 위한 3D 스캐닝

3D 스캐닝 및 인쇄 워크플로는 복제 및 복원, 리버스 엔지니어링, 계측 등에 적용할 수 있습니다. 백서를 다운로드하거나 웨비나를 시청하여 이러한 기술을 사용하여 자신의 디자인 워크플로를 정교하게 만드는 방법을 알아보세요.

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결과

불규칙한 그리퍼를 설계하고 3D 인쇄하는 프로세스는 완전히 성공했으며 예상대로 작동합니다. 3D 인쇄 그리퍼의 기능은 이전 그리퍼보다 훨씬 뛰어납니다.

공압 실린더 어셈블리; 연료 인젝터를 고정하는 3D 인쇄 그리퍼로 완성됩니다.

3D 인쇄 그리퍼의 장점은 다음과 같습니다.

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연료 인젝터를 잡을 수 있는 더 큰 표면적은 연료 인젝터를 손상시키거나 긁고 그리퍼를 마모시킬 수 있는 힘 집중 영역을 줄여줍니다. 그리퍼가 마모를 지속하더라도 고유한 완전히 감싸는 그리퍼 디자인으로 인해 그리퍼가 원하는 수준에서 작동할 수 있습니다.

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그리퍼가 방사형 그리핑 동작으로 작동하면 그리퍼 내부 모서리의 여유 공간을 기계가공하는 대신 설계에 통합할 수 있습니다. 이렇게 하면 그리핑 캐비티의 사각 모서리가 제거되고 균일한 그립과 연료 인젝터의 완전한 해제가 가능합니다.

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상세한 그리퍼 조는 연료 인젝터를 원하는 위치로 정렬하고 방향을 지정하여 선택한 부품의 방향을 지정하는 데 필요한 추가 장비 및 제조 스테이션의 양을 줄입니다.

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완전히 포괄하는 그리퍼 설계로 연료 인젝터를 잡는 데 필요한 그리퍼 압력이 적어 자재 취급 장비에 대한 공압 또는 유압 요구 사항이 낮아졌습니다.

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그리퍼는 얇은 구성 요소 구조를 제거하고 수지의 재료 강도를 최대화하는 독특한 디자인을 제공하도록 설계되었으며 조립을 단순화하기 위해 조립품의 육각 너트를 둘러싸는 육각 구멍을 포함합니다.

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SLA 인쇄 부품의 직렬화 또는 라벨링은 인쇄 공정 중에 이루어지며 스탬핑 또는 에칭 공정이 필요 없습니다.

결론

다양한 인쇄 재료가 장착된 Formlabs Form 3는 제조 보조 도구와 같은 맞춤형 구성 요소를 제조하기 위한 기존 제조 공정에 대한 탁월한 대안을 제공합니다.

인쇄된 구성 요소는 적절한 내구성을 제공하고 보다 상세한 설계를 위한 비용이 훨씬 저렴하며 짧은 시간 내에 생산 및 구현할 수 있습니다. 자동화 제조의 미래는 CAD 소프트웨어로 설계된 매우 상세한 제품과 다양한 재료를 사용하여 3D 인쇄되는 제품으로 구성될 것입니다.

Formlabs 3D 프린터와 CAD 소프트웨어를 사용하여 STS Technical Group은 고객을 위해 매우 상세한 불규칙한 구성 요소를 설계하고 엔지니어링할 수 있습니다.