3D 프린팅, 금속 제조 자동화 강화

정기적 수동 부품 검사로 자동화 터닝 셀이 생산을 중단해야 했습니다. 3D 프린팅한 부품 수집 슈트로 셀 외부로 배출되게 하여 이 문제를 해결했습니다. (모든 사진은 특별히 명시되지 않은 한 Superior Metal Products 제공.)

1년 전 오마하의 Superior Metal Products를 방문하여 주철 펌프 부품군에 페이싱 작업을 수행하는 Doosan TW2600 트윈 스핀들 터닝 센터가 포함된 복잡한 로봇 셀에 대해 기사를 쓴 적이 있습니다. 요약하면 인바운드 컨베이어가 공작물을 FANUC 로봇에 공급하면 로봇이 기계에 적재하고, 완료된 부품을 언로드하여 카트에 놓는 셀이었습니다.

이것은 숍의 두 번째 로봇 가공 셀이었습니다. 2018년 설치된 첫 번째는 Okuma LB3000 EXII 터닝 센터가 Halter의 LoadAssistant 로봇 적재 및 공작물 저장 장치로 무인 운전하는 셀입니다. 이 독립형 유닛은 기계 도어 좌측에 설치되며, FANUC 로봇과 양면 인덱서블 테이블(한쪽은 소재 블랭크, 다른 쪽은 완성 부품 보관)로 구성됩니다. 작업자는 테이블 절반에 안전하게 접근하여 완성 부품 제거와 새 블랭크 적재를 하는 동안 로봇은 다른 절반에서 기계를 서브합니다.

부품 수집 슈트 추가 전 사진입니다. 작업자가 로봇 영역에 들어가 검사할 부품에 접근해야 했던 상황을 보여줍니다.

부분 펜싱으로 기계 작업자와 로봇 접근 가능 저장 테이블 부분을 분리합니다. 하지만 기계 도어 앞은 작업자가 필요시 기계에 접근할 수 있도록 개방되어 있습니다. 이는 유닛의 레이저 스캐너가 작업자 접근을 감지하기 때문입니다. 사람이 정의된 외부 바닥 안전 구역에 진입하면 로봇 속도 저하, 내부 구역(기계/로봇 근처)에 진입하면 정지합니다.

수년간 이 셋업으로 상당한 무인 기계 운전을 실현했습니다. 하지만 정해진 간격의 필수 부품 검사로 작업자가 안전 구역에 들어가 부품을 측정해야 했고, 이는 생산을 일시 중단시켰습니다. 숍의 데스크톱 3D 프린터로 출력한 영리한 플라스틱 부품 수집 슈트를 LoadAssistant 펜싱에 설치하여 이 문제를 해결했습니다. 이제 로봇이 검사할 부품을 슈트로 떨어뜨리면 작업자가 트레이에서 안전 구역 진입 없이, 생산 중단 없이 접근할 수 있습니다. 실제로 이는 Superior Metal Products가 3D 프린터로 쇼플로어에서 유용할 뿐만 아니라 기존 가공보다 만들기 쉬운 아이템을 제작한 한 예일 뿐입니다.

가공 대체로서의 프린팅

Superior Metal Products는 30,000평방피트 시설에 풍부한 장비를 보유합니다. VMC, HMC, 터닝 센터, 호빙, 브로칭, 연삭, 래핑, 용접, 밸런싱 장비 등. 숍의 3D 플라스틱 프린터인 Lulzbot TAZ-6 데스크톱 모델은 2017년 말 구매했습니다.

3D 프린팅 첫 단계는 부품 CAD 모델 생성입니다. 여기 부품 수집 슈트를 구성하는 컴포넌트 모델입니다.

Frank O'Connor Superior Metal Products 사장은 프린터가 숍 필요를 어떻게 지원할지 정확히 몰랐지만, 구매와 실험할 시기가 적절했다고 느꼈습니다. 이후 숍은 자사 다양한 가공 및 제조 공정을 지원하는 데 가치 있는 여러 아이템을 프린트했습니다.

"일반적인 기계 가공 숍이 3D 프린트 아이템으로 얼마나 많은 내부 용도를 가질 수 있는지 놀랍습니다." O'Connor은 말합니다. "일부 아이템은 가공 가능하지만, 3D 프린팅으로 제작하는 것이 때로는 더 쉬운 길입니다."

그는 3D 프린팅으로 부품 CAD 모델을 만들고, 온도, 인필 비율(내부 형상), 벽 두께 등 몇 가지 프린트 파라미터 설정 후 '프린트' 누르고 나중에 빌드 플레이트에서 완성 부품을 찾으면 된다고 설명합니다. 가공이라면 스케치 또는 같은 CAD 모델 만들고, CNC 프로그램 작성(그동안 3D 프린터는 이미 프린트 중이고 그는 다른 일 가능), 소재 블랭크 찾고 톱질, 절삭 툴과 워크홀딩 장치 준비, 기계 셋업, 최종 가공 부품 검사까지 해야 합니다. 이는 자기 시간뿐만 아니라 생산 부품을 돌릴 수 있는 기계 시간도 소모합니다.

"가공을 폄하하는 게 아닙니다. 가공이 3D 프린팅보다 훨씬 쿨하죠." O'Connor은 농담합니다. "내 생계는 가공 부품 수요에 달려 있습니다. 하지만 일회성이나 저량 생산으로 프린터블 소재로 안전하고 신뢰성 있게 기능할 수 있는 부품이라면 3D 프린팅은 좋은 옵션입니다."

부품 슈트 주요 부분 중간 프린트 상태입니다. 프린트 완료 후 제거될 중간에 서포트가 보입니다.

자동화 Okuma 셀용 트레이 포함 부품 슈트는 좋은 예입니다. 슈트 입구는 보호 구역(펜싱 내부, 레이저 스캔 구역)이고 출구는 그 외부입니다. O'Connor은 생산 중단 없이 부품 접근, 검사 주기 준수 일관성뿐만 아니라 셀 오퍼레이터가 셀 근처에서 작업하다 트레이 부품 존재 여부를 빠르게 확인하여 검사 시점인지 알 수 있다는 이점도 있다고 말합니다.

Halter LoadAssistant 제어의 커스텀 루틴이 대화형 데이터로 부품 길이를 등록하고 슈트 진입이 원활하도록 드롭 포인트를 조정합니다.

O'Connor은 로봇 부품 드롭 작업이 LoadAssistant 제어로 생성된 커스텀 루틴이라고 설명합니다. 작업자는 루틴을 로봇 작업 목록에 추가하고 FANUC 티치 펜던트의 레지스트리 값에 검사 드롭 빈도를 정의하면 됩니다. 레지스트리 카운트 충족 시 다음 완성 부품이 LoadAssistant 테이블 대신 슈트에 놓입니다. "커스텀 루틴의 깔끔한 점은 Halter 대화형 데이터를 사용하여 부품 길이를 등록하고 드롭 포인트를 그에 맞게 조정하여 원활한 슈트 진입을 보장한다는 것입니다."라고 O'Connor은 말합니다.

기타 프린트 예시

2019년 방문 시 Superior Metal Products가 다양한 쇼플로어 필요 지원 위해 설계 프린트한 여러 유용 장치를 보았습니다. 본 것 중 하나와 최근 추가된 것들을 소개합니다.

다른 자동화 가공 셀의 트윈 터렛 선반에서 사용되는 퀵체인지 툴을 보관하는 3D 프린트 트레이입니다. 트레이는 기계 인클로저 립에 놓여 작업자 접근이 쉽습니다. O'Connor은 셀 텐딩 팀에게 어느 툴이 인서트 인덱싱이나 교체 필요한지 시각적 지표 역할도 한다고 말합니다. 트레이가 셀 작업대(안전 펜스 밖)에 있을 때, 인서트 절삭날이 기계를 향하면 설치 준비, 반대 방향이면 다음 교체 사이클 전 인서트 리프레시 필요 표시입니다.

반복잡한 형상 수용용 바이스 죠도 3D 프린트 가능합니다. 폴리에틸렌 테레프탈레이트 글리콜(PETG) 소재로 솔리드 인필로 프린트되었습니다. 50ft-lbs 바이스 조임 토크 견디며 이 부품의 밀링, 드릴링, 보링, 브로칭 작업에 사용되었습니다. 25개 런 끝까지 열화 징후 없었습니다.

트레이와 공통 워크스테이션 랙 개념의 모듈러 저장 시스템으로 다양한 검사 게이지를 보관합니다. 게이지 핀, 나사 게이지, 부품별 검사 장치 등을 품질 담당자가 키팅하여 작업 현장에 작업 셋업/릴리스 일부로 보냅니다.