로봇 섬유 배치, 3D 인쇄 박차 발전

인더스트리 4.0이 약속한 이점은 일리노이주 록포드에 있는 Ingersoll Machine Tools에서 실현되고 있습니다. "디지털 트윈" 기계 설계 시뮬레이션, 더 높은 로봇 지능 및 복잡한 모션은 여기에서 필수적인 도구입니다. 이러한 도구는 대규모 금형 생산, 부품 가공 및 공정 자동화를 광범위한 항공우주, 해양 및 기타 산업 부문에서 사용할 수 있도록 합니다.

Ingersoll의 영업 담당 부사장인 Jason Melcher는 “인더스트리 4.0이 약속한 혼란은 이미 시작되었습니다. "더 놀라운 것은 금형 및 부품 생산 개선을 위한 기계 설계가 큰 것 중 가장 크고 어려운 것 중 가장 어려운 것이 항공 우주 분야에서 일어나고 있다는 것입니다."

"여기서 프로세스 임피던스는 시간 단위가 아니라 분 단위 및 시간당 파운드 단위로 평가됩니다."라고 Melcher는 설명합니다. "우리는 항공우주 업계 최고의 CNC 및 모션 기술 플랫폼이 미래에 지원하는 더 큰 제작 능력을 보고 있습니다."

프로세스 개선은 항상 Ingersoll에서 큰 성과를 거두었습니다. 수년 동안 이 회사의 기계, 소프트웨어 및 프로세스 엔지니어는 Siemens 엔지니어와 협력하여 차세대 대형 기계 설계를 개발해 왔습니다.

하지만 Ingersoll과 Siemens가 진정으로 획기적인 것은 무엇입니까?

이제 이 두 기술 회사는 고객 엔지니어링 팀과 협력하여 위험을 발명, 검증 및 완화하고 있습니다. 그들은 지능형 로봇 섬유 배치와 대규모 인쇄/밀 부품 생산이 더 이상 비전이 아니라 현실이 되는 더 큰 규모로 협력하고 있습니다.

로봇 섬유 배치

항공우주 분야의 AFP(Automated Fiber Placement) 분야에서 오랫동안 활약해 온 Ingersoll의 고급 로봇 공학에 대한 벤처는 자연스러운 진전으로 보입니다. 이 회사의 야망은 로봇 섬유 배치를 2차 및 3차 항공우주 부품 생산업체가 감당할 수 있도록 하는 것이었습니다. 그러나 항공우주 시장으로의 진출은 대규모 로봇 포지셔닝의 역사적 부정확성, 기계 조작자 수준의 로봇 제어 부족, 대규모 맞춤형 설계 및 구축에 드는 높은 비용을 포함하여 몇 가지 지구상의 현실로 인해 지연되었습니다. AFP 시스템.

정확한 로봇 포지셔닝: 최근 몇 년 동안에도 대규모 로봇 공학의 위치 정확도는 약 5mm 이하이고 반복성은 좋지 않습니다. 이러한 한계를 해결하기 위해 Siemens는 강력한 Sinumerik 840D sl CNC를 발전시켜 고도로 정교한 로봇 보정 소프트웨어인 Run MyRobot을 포함했습니다.

이를 통해 Ingersoll은 로봇 공학을 새로운 Robotic FP 광섬유 배치 기계 설계에 통합하여 1mm 미만의 반복 가능한 로봇 위치 정확도를 달성할 수 있었습니다. 표준 및 역 로봇 동작 모두에 대해 정확도가 유지됩니다.

기계에서 로봇 제어: Robotic FP 기계의 로봇 동작은 Siemens Sinumerik CNC Operate 인터페이스를 사용하여 기계에서 쉽게 제어됩니다. 컨트롤의 직관적인 그래픽 인터페이스는 Sinumerik CNC 컨트롤 플랫폼 전반에 걸쳐 보편적입니다. 항공우주 고객은 3축에서 5축 또는 더 많은 축(턴테이블, 맨드릴, 선형 레일 등). 작업자의 경험은 기존 섬유 배치, 로봇 섬유 배치, 3D 인쇄, 로봇 3D 인쇄 또는 모든 CNC 가공 프로세스를 제어하든 동일합니다.

기계 설계 시뮬레이션: 공작 기계 산업은 실제 생산으로 이동하기 전에 기계, 금형 또는 부품의 디지털 트윈을 가상으로 설계, 테스트 및 재설계할 수 있는 능력을 오랫동안 기대해 왔습니다. 항공 우주에서는 기계나 부품의 크기 때문에 물리적 프로토타입 제작에 특히 많은 비용이 듭니다.

전통적인 시행착오 프로토타입 제작은 시간과 재료 면에서 막대한 손실을 가져옵니다. 이러한 제약을 피하기 위해 Ingersoll의 소프트웨어 엔지니어는 프로세스 엔지니어가 기계, 금형 또는 부품을 가상으로 설계하고 개발할 수 있도록 하는 시뮬레이션 소프트웨어를 개발했습니다. 이 소프트웨어는 Siemens VNCK(Virtual NC Controller Kernel) 시뮬레이션 소프트웨어를 포함합니다. 컨트롤러는 실제 기계에서 수행되는 것과 동일하게 거의 모든 가공 사이클 데이터와 공구 경로를 처리하고 시뮬레이션하며 Sinumerik Operate 인터페이스는 이 정확한 디지털 트윈 시뮬레이션을 그래픽으로 표시합니다.

대규모 3D 프린팅 및 밀링

세계에서 가장 큰 열가소성 3D 프린터가 Ingersoll Machine Tools의 거대한 개발 센터에 들어서면서 항공우주 엔지니어들의 즉각적인 관심을 끌고 있습니다.

MasterPrint 기계의 크기에 맞게 조정된 엔지니어들의 관심을 끄는 것은 더 빠른 프로토타이핑, 더 짧은 리드 타임 및 90%의 제조 비용 절감에 대한 전망입니다. Ingersoll의 혁신은 Siemens Sinumerik 840D sl CNC 플랫폼에 의해 다시 활성화된 훨씬 더 큰 생산성 혁신을 가진 턴키 인쇄 및 밀링 기계인 MasterPrint 5X의 개발과 함께 계속됩니다.

Michael Falk는 메카트로닉스 엔지니어이자 MasterPrint 시리즈 출시에서 Ingersoll을 지원한 Siemens 영업 팀의 리더입니다. Falk는 Ingersoll Development Center를 방문하는 항공우주 엔지니어들의 반응을 종종 목격했으며 "5X" 요소가 왜 큰 매력인지 증명할 수 있습니다. 포크는 "90%의 경우 3D 인쇄된 모든 것은 마무리 밀링이 필요합니다."라고 말했습니다. "새로운 MasterPrint는 Ingersoll이 개발하고 Siemens가 지원하는 자동화된 체인지 헤드 기술을 통합한 세계 최대 부품을 생산하기 위한 턴키 작업으로 정확히 그 작업을 수행합니다."

Falk는 현재 Ingersoll에서 항공우주 및 해군 엔지니어들이 목격하고 있는 것은 한때 달성할 수 없었던 프로세스 개선 목표를 탐색하는 능력이라고 말했습니다. "2019년 10월 메인 대학은 실제로 사람을 띄우고 태울 수 있는 25피트 길이의 보트를 3D 프린팅하여 3개의 기네스 세계 기록을 수상했습니다."라고 그는 말했습니다. "놀라운 점은 Ingersoll 엔지니어들이 그 이후로 여러 번 규모 기록을 넘어섰다는 것입니다."

밀 인쇄 효율성: 대형 3D 프린팅에 대한 MasterPrint 접근 방식은 5축 모션의 증폭된 속도, 손재주 및 정확성을 결합합니다. 이제 동일한 갠트리가 인쇄, 밀링, 섬유 배치, 테이프 배치, 검사, 트리밍 등의 기능을 상호 작용할 수 있습니다.

모든 각도에서 3D 프린팅: Ingersoll은 새로운 MasterPrint 5X를 출시한다고 Falk는 말했습니다. 이 기계는 모든 각도에서 최대한으로 인쇄할 수 있습니다. 따라서 이제 가장 효율적인 시퀀싱을 사용하여 거대한 몰드 또는 부품을 신속하게 만들 수 있습니다. 5축 인쇄 노즐이 방향을 변경하여 훨씬 더 복잡한 부품을 인쇄합니다.

고속 동기화: Falk는 "3D 프린팅 중 동기화 작업은 많은 마법이 일어나는 곳입니다."라고 말했습니다. “일관된 비드 형상으로 멋진 모양의 부품을 얻을 수 있습니다. 모서리 주변에서 필요한 만큼만 인쇄가 느려진 다음 최적의 속도로 다시 시작됩니다. 모서리가 과도하게 채워지지 않습니다. 충전 문제, 비드의 넥다운, 툴링의 보이드 및 부품 내부의 재료 축적이 없습니다."

로봇 3D 프린팅: Ingersoll은 현재 Siemens Sinumerik 840D sl CNC의 핵심 기능인 로봇 보정 소프트웨어인 Sinumerik Run MyRobot/Direct Control을 최대한 활용했습니다. Ingersoll은 기계의 CNC가 동일한 로봇에 의해 작동되는 여러 모듈을 제어할 수 있는 다양한 로봇 시스템을 제공합니다.

미래를 위한 도구 세트

Jason Melcher와 Michael Falk는 지원 문화에서 탐색적 질문을 제기하는 Ingersoll 공작 기계 엔지니어들 사이에서 끊임없는 열정을 목격했습니다. 그들은 최근에 대학을 졸업한 프로세스 엔지니어가 가장 고급 메카트로닉스 과정에서도 다루지 않는 것들을 빠르게 배우는 실험실 환경을 설명합니다.

Ingersoll에서 엔지니어는 더 나은 가공 프로세스를 발명, 검증, 학습 및 구축해야 하는 과제를 안고 있으며 이를 수행할 수 있는 도구를 제공받았습니다.

"Siemens는 기계 설계 프로세스에 개방형 도구 상자를 제공합니다."라고 Falk는 말했습니다.

“5축 Sinumerik 840D 컨트롤, 전체 모터 세트, 드라이브 및 구성 요소가 있습니다. 시뮬레이션 소프트웨어와 타사 혁신에 대한 공개 초대가 있습니다. Sinumerik CNC 및 가상 대응물인 VNCK 커널과 함께 이 모든 것이 결합되어 훨씬 더 진화된 가공 프로세스의 핵심이 되었습니다.”

Nate Haug는 Ingersoll의 프로세스 엔지니어입니다. 그는 보다 개방적인 CNC 및 모션 제어 도구 세트 사용의 이점을 입증하는 회사의 많은 영감을 받은 엔지니어 중 한 명입니다. Haug는 "Siemens는 "G 코드 전용" 기반 제어를 사용하여 할 수 있는 것보다 훨씬 더 많은 작업을 수행할 수 있는 프로그래밍 언어로 시작합니다. “실제로 두 가지 도구 세트가 있습니다. 하나는 기능과 변수의 개방 범위를 허용하는 Siemens 언어입니다. 다른 도구 세트를 사용하면 NC의 두뇌에 조건부 기능을 주입할 수 있습니다. 이 두 가지 도구 세트가 없었다면 우리가 하는 일을 할 수 없었을 것입니다. 우리는 840D를 광섬유 배치 기계, 로봇 광섬유 배치 기계, 3D 프린터, 로봇 3D 프린터, 2개의 헤드, 수직 및 5개의 헤드가 있는 공작 기계에서 기본적으로 모든 구성을 사용하고 있습니다."

Haug는 Ingersoll의 기존 기계를 개선하는 것 외에도 자신과 동료 엔지니어들이 Siemens Sinumerik CNC 도구 세트를 사용하여 새로운 기계 개발 경로를 조사하고 있다고 말했습니다. 그 경로 중 하나는 재료 연구입니다.

"각 재료는 고유한 흐름 특성을 가지고 있습니다."라고 Haug는 설명했습니다. “Siemens 컨트롤을 사용하면 코드의 기능을 수정하여 재료에 맞게 조정할 수 있습니다.

CNC 플랫폼을 통해 더 광범위한 재료를 조사할 수 있습니다.”

재료 속성 질문은 강도, 수축, 뒤틀림 및 등방성 대 등방성 재료의 사용과 같은 변수를 탐구합니다. 머티리얼 솔루션은 민간, 국방 및 인프라 애플리케이션을 위한 래피드 프로토타이핑 영역에서 등장합니다. 목재 자원에서 추출한 셀룰로오스를 사용하는 바이오 기반 공급원료와 같은 야심찬 계획을 지원할 수 있는 독특한 프린터의 개념도 등장했습니다.

기계 자체 모니터링:수동으로 수행되는 육안 검사는 오늘날에도 여전히 일반적이지만 점점 더 디지털 방식으로 자동화되는 생산 과제에 대한 아날로그적 해답이 되고 있습니다.

Ingersoll은 검사가 일상적으로 2차 프로세스인 기계의 기능이 되는 날이 곧 올 것으로 보고 있습니다. 섬유 배치 가공 공정은 레이업을 모니터링하고 결함을 확인하며 부품의 정확성과 신뢰성을 보장합니다. 유사하게, 하이브리드 3D 프린팅 프로세스는 언젠가는 매끄럽게 통합된 프로세스 자체 모니터링을 통해 연속적으로 인쇄 및 가공될 것입니다.

이러한 자동화된 자체 검사 프로세스의 개발은 정확한 위치 지정 및 위치 피드백을 제어하는 ​​Siemens CNC 및 모션 제어 플랫폼에 의해 이미 지원되고 있습니다. 기계는 모든 편차를 감지, 추적 및 보고할 수 있습니다.

Ingersoll과 Siemens가 입증했듯이 Industry 4.0의 약속된 이점은 오늘날 구현되고 있습니다. 대형 로봇 섬유 배치 및 3D 프린팅의 경계를 허물고 이제 전체 부품 생산 프로세스에서 획기적인 개선을 이룰 것이라는 기대가 높아졌습니다.

Ingersoll의 Jason Melcher는 "더 큰 그림을 그리는 것입니다. “고객을 방문하는 것은 프로세스 개선을 탐색하는 것입니다. 특징과 기능이 고정된 기계의 라인 카드에 관한 것이 아닙니다. 맞춤형 프로세스 개선에 대한 대화를 시작하고 있습니다.”

항공 우주, 해양 및 기타 진보적인 분야의 엔지니어에게 더 큰 규모의 혁신은 이제 이전에 경험하지 못한 무한한 도구 상자를 갖게 되었음을 의미합니다.