3D 프린팅과 로봇 공학을 결합하여 스마트 공장 만들기

산업용 로봇과 결합된 3D 프린팅은 제조에 대한 새롭고도 유망한 접근 방식이 될 수 있습니다.

두 가지 주요 동인이 개발을 추진하고 있습니다. 큰 물체를 더 정확하고 반복적으로 적층하여 생성해야 하는 필요성과 3D 인쇄를 통해 보다 자동화되고 통합된 생산을 달성할 수 있는 기회입니다. 제조 기술이 발전함에 따라 이러한 결합은 더 큰 디지털화 및 스마트 제조를 향한 움직임에 대한 솔루션 중 하나가 될 수 있습니다.

로봇과 3D 프린팅의 결합?

산업용 로봇과 3D 프린팅의 결합은 두 가지 방법으로 달성할 수 있습니다. 첫 번째 방법은 로봇 팔에 재료 증착 헤드를 장착하는 것입니다.

Stratasys는 2016년 IMTS에서 공개된 Robotic Composite 3D Demonstrator로 이를 실현했습니다. Stratasys의 FDM 기술을 기반으로 하는 압출 헤드는 산업용 8축 모션 제어 하드웨어와 결합되어 생산이 가능했습니다. 열가소성 필라멘트로 만든 더 크고 더 가볍고 정밀한 부품.

3D 프린팅과 로봇 공학을 결합하는 또 다른 방법은 산업용 로봇이 다양한 생산 단계에서 3D 프린팅을 지원하는 통합 솔루션을 만드는 것입니다. 좋은 예는 미국에 기반을 둔 3D 프린팅 서비스인 Voodoo Manufacturing입니다. 이 회사는 산업용 로봇을 만들어 프린터의 빌드 플레이트를 교체하는 수동 프로세스를 자동화하여 공장 현장의 생산성을 높였습니다.

3D 프린팅 부품 후처리도 로봇 공학의 도움으로 자동화할 수 있습니다. 미국 3D 프린팅 회사인 Methods 3D는 IMTS 2016에서 Fanuc 로봇 팔로 구현되는 적층 제조 부품의 자동화된 세척, 경화 및 최종 마무리를 시연했습니다.

로봇의 이점

산업용 로봇은 다중 축에서 높은 반복성과 자유로운 움직임이 가능한 자동화 기계입니다. 3D 프린팅은 복잡한 형상의 부품을 빠르고 비용 효율적인 방식으로 생성하는 기능으로 유명합니다. 결합될 때 로봇 적층 제조는 잠재적으로 대규모 물체를 생성할 수 있습니다.

로봇 3D 프린터는 다축 로봇 팔을 사용하여 다양한 방향으로 이동하고 다양한 각도에서 3D 인쇄할 수 있어 복잡한 모양을 만들 수 있는 자유가 더욱 확대됩니다. 또한 이러한 유형의 기술은 일반적으로 지원 구조를 사용하지 않습니다. 이는 로봇 3D 프린팅으로 만든 물체가 자체적으로 지지되어야 함을 의미하지만 건물 플랫폼의 방향을 조정하여 돌출부를 가능하게 함으로써 이 문제를 해결할 수 있습니다.

로봇과 3D 프린팅의 조합은 더 나은 재료 관리 측면에서도 유익합니다. 3D 프린팅은 재료가 필요한 곳에만 증착되기 때문에 재료 낭비를 줄입니다. 따라서 로봇 3D 프린팅은 제조에 대한 지속 가능한 접근 방식을 제시합니다.

로봇 적층 제조 시장은 아직 초기 단계이지만 다양한 재료와 기술을 사용하여 여러 산업 분야에 솔루션을 제공하고 있습니다.

예를 들어 금속 주조 산업은 Viridis3D에서 개발한 로봇 적층 제조(RAM) 시스템의 이점을 누릴 수 있습니다. 현재 Viridis3D는 EnvisionTEC과 협력하여 개발한 4개의 RAM 시스템을 제공합니다. Stratasys의 FDM 기반 로봇 3D 프린터와 달리 RAM 시스템은 바인더 젯팅 기술을 포함하고 주로 모래로 작동합니다. 잉크젯 헤드가 있는 ABB 산업용 로봇 팔을 사용하여 인쇄 플랫폼에 모래와 액체 바인더 층을 증착합니다. 모래가 점차 융합되어 커다란 단단한 물체를 만듭니다.

RAM 시스템 사용자 중 하나인 Hazleton Casting Company는 로봇 샌드 3D 프린팅이 금속 주조 산업의 판도를 바꿀 것이라고 믿습니다. 부분적으로는 맞춤형 생산을 위한 확장 가능한 플랫폼을 제공하기 때문입니다. 기하학적으로 복잡한 샌드 코어와 금형을 주문형으로 더 빠르게 제작할 수 있습니다.

3D 프린팅 및 로봇 공학:사용 사례

건설 산업은 로봇 3D 프린팅의 가장 큰 수혜자 중 하나가 될 수 있습니다. 일부 건설 회사는 다양한 재료로 3D 프린팅하기 위해 산업용 로봇 팔로 눈을 돌렸습니다.

예를 들어, 프랑스 신생 기업인 XtreeE는 ABB 로봇 팔에 콘크리트 압출기를 장착하여 복잡한 기하학적 구조를 만들었습니다. 높이가 14m에 달하는 구조물. 이 3D 프린터를 사용하면 산업용 로봇 팔의 자유로운 움직임 덕분에 설계자와 아키텍처가 다양한 모양을 실험할 수 있습니다. 토목 공학 및 건축 회사와 협력하여 XtreeE는 인상적인 프로젝트 포트폴리오를 개발했습니다. 지속 가능한 설계 및 건설의 개념을 탐구하는 XtreeE의 프로젝트에는 3D 인쇄된 정면 패널, 기둥, 벤치 및 파빌리온이 포함됩니다.

금속을 이용한 로봇 적층 가공도 가능합니다. MX3D Metal은 네덜란드 회사 MX3D에서 개발한 하이브리드 3D 프린터의 좋은 예입니다. 3D 프린터는 산업용 로봇과 용접기를 결합하여 대형 금속 3차원 구조물을 만듭니다. 와이어 형태의 다양한 금속을 사용하여 기계는 한 번에 소량의 재료를 녹이고 융합하여 지지대를 사용하지 않고 자유로운 형태의 구조를 생성합니다. 이 회사는 2018년 말까지 완료 및 설치될 예정인 3D 프린팅된 12미터 길이의 강철 다리로 헤드라인을 장식했습니다.

건설 분야에서 로봇 3D 프린팅 애플리케이션을 발전시키는 또 다른 회사는 런던에 기반을 둔 Ai Build입니다. Ai Build는 2015년 설립 이후 대규모 3D 프린팅에 활용될 인공지능과 컴퓨터 비전을 개발해 왔다. 그 결과 AI로 구동되는 로봇 3D 프린팅 도구 헤드인 AiMaker가 탄생했습니다. 이 헤드는 모든 로봇 팔에 부착할 수 있어 플라스틱으로 대규모 건축 조각을 적층 제조할 수 있습니다. 센서 및 카메라와 결합된 AI 알고리즘을 통해 AiMaker는 인쇄 프로세스를 모니터링하고 발생하는 문제를 감지할 수 있습니다.

미래를 내다보고

인공 지능과 결합된 지능형 산업용 로봇 및 적층 기계는 스마트 및 자동 수리를 포함하여 훨씬 더 광범위한 응용 분야를 가질 수 있습니다. Swinburne University of Technology는 IMCRC(Innovative Manufacturing Cooperative Research Center) 및 Tradiebot Industries와 협력하여 수리 봇이라는 프로젝트를 진행하고 있습니다. 이 프로젝트는 플라스틱 자동차 부품의 자동 수리 서비스 개발을 목표로 합니다. 3D 스캐닝과 3D 프린팅은 교체 부품을 만드는 데 사용되는 반면 산업용 로봇은 조립 프로세스를 자동화합니다.

궁극적으로 적층 제조와 로봇 공학의 결합은 3D 인쇄된 개체의 크기를 조정합니다. 더 큰 그림에서 산업용 로봇은 이 기술을 기존의 자동화 생산 시스템과 통합하는 데 도움이 됩니다. 적층 제조의 자동화와 산업 환경으로의 통합은 결국 미래의 스마트 제조를 위한 많은 기회를 열 것입니다.