DOMENIUL MECATRONICĂ ȘI ROBOTICĂ PROGRAMUL DE STUDIU MECATRONICĂ FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT Învățământ cu frecvență Realizarea unui robot industrial prin… [308468]

UNIVERSITATEA DIN ORADEA

FACULTATEA DE INGINERIE MANAGERIALĂ ȘI TEHNOLOGICĂ

DOMENIUL MECATRONICĂ ȘI ROBOTICĂ

PROGRAMUL DE STUDIU MECATRONICĂ

FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT Învățământ cu frecvență

Realizarea unui robot industrial prin intermediul imprimantei 3D

CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFIC

SL. dr. Ing. Tripe Vidican Călin

ABSOLVENT: [anonimizat]

2017

Cuprins

Cuprins 6

Capitolul I 1

Introducere 1

Capitolul II 3

Noțiuni introductive de mecatronică 3

II.1Definirea Mecatronicii 3

II.2. Sistemul mecatronic în robotică 5

Capitolul III 8

Roboți industriali 8

III.1. Istoria roboților industriali . 8

III.2. Definirea Parametrilor 10

III.3. Clasificarea Robotilor 12

III.4. Calibrarea roboților 14

Capitolul IV. 16

Imprimanta 3D 16

IV.1. Istoria imprimantelor 3d. 16

VI.2. Imprimanta folosită 29

IV.3. Comanda numerică G-Code. 31

IV.4. Studiul utilizării materialului 35

IV.5. Formatul STL. 38

Capitolul V 42

Etapele fabricării robotului EEzy. 42

V.1.Crearea listei de material . 42

V.2.Proiectarea robotului eezy bot 43

V.3. Fabricarea robotului . 46

V.4. Asamblarea robotului . 48

Bibliografie: 54

Capitolul I

Introducere

Nivelul tehnologiei în ziua de azi a făcut posibilă introducerea tehnologiei imprimării 3d pentru populație. Acest lucru pune sub semnul întrebării nevoia de a cumpăra obiectele de uz caznic din piețe sau producerea lor prin intermediul unei imprimante 3D. O [anonimizat] a înlocui piesa originală stricată.

Există multe metode să printezi ceva în spatiul tridimensional și toate aceste metode au un lucru în comun. [anonimizat] a unei table pentru a înlătura materialul nedorit cum se întâmplă într-o [anonimizat]. [anonimizat]. Instrucțiunile acestea conțin o reprezentare virtuală salvate sub forma unor felii subțiri. Aceste felii sunt reproduse ca straturi succesive de material până când se forma finală este completă.

Industria printării 3D a crescut rapid în acești ani. [anonimizat] 3D [anonimizat], și alte produse de dimensiuni mici și cu aplicații diverse. Imprimantele sofisticate sunt capabile să folosească o gamă largă de material și lichide pentru a crea orice piesă dorește operatorul uman.

[anonimizat] 3D aduce o gamă largă de beneficii. Imprimantele 3D [anonimizat]-un interval de timp decât metodele tradiționale de producere a unităților. Până acum această tehnologie poate să creeze de la componente hardware la produse alimentare comestibile.

Facilitatea cu care se poate modifica și repara orice probleme apărute în asamblarea robotului sau probleme în mișcarea lui. Prin remodelarea în orice program CAD și reprintarea componentei probleme rezolvarea problemei devine doar o problemă de proiectare. Singura limită pentru această tehnologie este imaginația proiectantului.

Pe viitor aș crede că această tehnologie v-a [anonimizat].

Am ales ca lucrare de licență fabricarea unui robot industrial prin intermediul imprimantei 3D datorită ușurinței fabricării robotului cu acest nou tip de tehnologie față de tehnologia convențională. Pentru fabricarea unui astfel de robot prin metode tradiționale e nevoie de atenție deosebită în prelucrarea componentelor lui și o sumă mai semnificativă de bani. În schimb fabricarea robotului prin metoda printării 3d este mult mai facilă din punct de vedere economic și ingineresc. Proiectantul robotului a folosit ca model pentru design-ul acestui robot, robotul creat de firma ABB și anume IRB 460.

În finalul acestei introduceri aș dori să adaug câteva cuvinte despre programarea lui care a fost realizată cu ajutorul unei placi programabile Arduino care este capabilă sa genereze un semnal PWM(Pulse Width Modulation -modularea impulsului) care în cele din urmă este transformat de servo-motor in miscari de o acuratețe destul de ridicată. Comunicarea dintre robot si calculator este posibilă prin pinii RX (receptor) si TX (transmitator) a plăcii care sunt capabili de Comunicarea Serial. Librariile disponibile limbajului de programare java au facilitat la construirea unei interfate vizuale a mișcării robotului. Placa Arduino nefiind capabila să alimenteze toate servo-motoarele cu destul curent electric este folosit un adaptor AC (curent alternativ).

Mulțumesc firmei “MACROSCRIPT SRL-D” pentru suportul tehnic acordat în conceperea acestui proiect și de asemenea proiectantului modelului original al lui Eezybot Carlo Franciscone .

Capitolul II

NOȚIUNI INTRODUCTIVE DE MECATRONICĂ

II.1Definirea Mecatronicii

MECATRONICĂ: Termenul “mecatronicǎ” a fost utilizat pentru prima datǎ în anul 1975 de cǎtre firma japonezǎ Yasakawa Electric Corporation, fiind o prescurtare a cuvintelor Mecanicǎ-Electronicǎ-Informaticǎ.

La început, mecatronica a fost înțeleasǎ ca o completare a componentelor mecanicii de precizie, aparatul de fotografiat cu blitz fiind un exemplu clasic de aplicație mecatronicǎ.

Cu timpul, noțiunea de “mecatronicǎ”, și-a schimbat sensul și și-a extins aria de definiție: mecatronica a devenit știința inginereascǎ bazatǎ pe disciplinele clasice ale construcției de mașini, electrotehnicii și informaticii și totodatǎ o concepție inovatoare a tehnicii de automatizare pentru nevoile ingineriei si educației.

Ușor, ușor, în mecatronicǎ, robotica a inceput sa prindǎ tot mai multǎ vitezǎ, ajungând sa deținǎ un loc important in componentele acesteia.

Primele cercetǎri în domeniul roboticii au fost inițiate la începutul anilor '60. Dupǎ un avânt substanțial al aplicațiilor roboticii în domeniul industrial, cu precǎdere în industria automobilelor, la începutul anilor '90 s-au conturat multiple aplicații în domeniile neindustriale (nemanufacturiere). Asupra acestor aplicații dorim sa atragem atenția, cu atât mai mult cu cât s-a estimat cǎ robotica urmeazǎ sǎ joace un rol însemnat în restructurarea civilizației mileniului trei.

Aceastǎ afirmație poate fi ușor susținutǎ cu cateva date statistice conținute în ultimul raport (pe 2001) al IFR (International Federation of Robotics).

Fig 1. Științele care formează disciplina mecatronică .

Astfel, în anul 2000 s-au pus în funcțiune 98700 unitǎți de roboți, numarul total ajungând la 749800 de unitǎți, iar valoarea totalǎ a pieței corespunzǎtoare acestui domeniu a fost estimatǎ la 5,7 mld. de dolari SUA.

Statisticile privind tipurile de roboți aratǎ sugestiv creșteri importante ale numǎrului roboților care rǎspund unor aplicații neindustriale. Dacǎ în cursul anului 2000 numǎrul unitaților instalate a ajuns la 112500, la sfârșitul anului 2011 se estimeazǎ ca numǎrul acestora ajunge la aproape925000.[1]

Domenii de interes al mecatronicii

Modelare și simulare

Controlul mișcării

Sisteme integrate

Actuatoare și senzori

Control intelligent

Robotică

Tehnologie

Micosisteme optoelectronice

Subsisteme ale automobilului

Structura unui sistem mecatronic

Fig.2 Structura unui sistem mecatronic

Fosta societate japonezǎ pentru promovarea industriei constructoare de mașini (JSPMI) clasifica produsele mecatronice în:

Clasa 1 – produse mecanice cu electronicǎ încorporatǎ pentru a mǎri capacitǎțile funcționale. Exemple tipice: mașini unelte cu comandǎ numericǎ și acționǎrile cu vitezǎ variabilǎ pentru mașinile de producție de masǎ. Produsele clasei 1 este definitǎ prin servo-tehnologie, electronicǎ de putere și teoria controlului

Fig.3 Modul de funcționare a unui sistem mecatronic .

Clasa 2 – sisteme mecanice tradiționale cu o componentǎ electronicǎ semnificativǎ modernizatǎ dar cu interfațǎ utilizator neschimbatǎ. Ex: mașini de țesut / cusut și sisteme de producție automate. Produsele din clasa 2 sunt remarcabile prin utilizarea componentelor de calcul și memorie și circuite cu capabilitǎți speciale

Clasa 3 – sisteme care mențin funcționalitatea sistemelor mecanice tradiționale dar mecanismele interne sunt înlocuite printr-un sistem electronic adecvat. Ex: ceasul electronic. Ele sunt caracterizate prin înlocuiri ale sistemelor mecanice de cǎtre circuite integrate și microprocesor

Clasa 4 – produse proiectate cu tehnologie mecanicǎ și electronicǎ printr-o integrare sinergicǎ. Ex: xerox, mașini de spǎlat și mașini de gǎtit automate produsele clasei 4 sunt practic produsele mecatronice prin integrarea sinergicǎ a tehnologiilor. [2]

II.2. Sistemul mecatronic în robotică

Robotul Industrial este exemplu cel mai reprezentativ pentru un produs mecatronic utilizat în procesul de producție pentru a realiza funcții de manipulare similare cu cele realizate de mâna omului sau de a automatize anumite secvențe ale acestui process .

Structural schema bloc al acestuia este un sistem ce se compune din 4 subsisteme

Sistemul de conducere sau comandă – are rolul sistemului nervos uman, de adaptare a stării interne a robotului la starea externa a mediului prin trimiterea de comenzi sistemului de acționare, astfel stabilind succesiunea și durata mișcărilor elementelor ce compun sistemul mecanic .

.
Fig 4. Schema bloc a unui robot industrial

Sistemul de acționare – analog sistemului muscular uman, pune in mișcare elementele sistemului mecanic pe baza comenzilor primite de la sistemul de comanda,

Sistemul mecanic – analog sistemului osos uman, asigura mișcările dorite obiectelor manipulate .

Probleme fundamentale în studiul roboților industriali:

Probleme de cinematică

A1. Problema cinematică directă – stabilirea poziției si orientării efectorului final funcție de parametrii θ1 si θ2 ai cuplelor cinematice conducătoare

y2=l1sin θ1+l2sin(θ1+ θ2) (1)

_ _ _ _

i2i0 = cos(θ1+ θ2) , j2i0 = -sin(θ1+ θ2)
_ _ _ _
i2j0 = sin(θ1+ θ2) , j2j0 =cos(θ1+ θ1) (2)

Derivand relațiile (1) se obtine legatura dintre viteza si parametrii cinematici ai cuplelor conducatoare x0O0y0 – sistem de coordonate atașat bazei robotului x2O2y2 – sistem de coordonate atașat sculei .

Fig. 5 – Sistemele de coordonate

A2. Problema cinematică inversă – determinarea parametrilor θ1 si θ2 cand se cunoaste poziția si orientarea efectorului final. Din relații geometrice rezultă :

θ1=arctg(y2/x2)–arctg[(l2sinθ2)/(l1+ l2cosθ2)

Fig.6 – Poziții simetrice față de O0O2 [3]

Capitolul III

Roboți industriali

III.1. Istoria roboților industriali .

Este deosebit de dificilă formularea unei definiții care să cuprindă toate atributele unui robot în câteva rânduri. Din acest motiv, există mai multe definiții ale aceluiași termen, date de unele dintre companiile constructoare sau asociațiile naționale din domeniu. Fiecare dintre acestea încearcă să definească în moduri diferite, același produs al inteligenței umane.

RIA (Robot Institute of America): „Robotul este un manipulator multifuncțional, reprogramabil, destinat deplasării materialelor, pieselor, sculelor sau altor dispozitive specializate prin mișcări variabile, programate pentru a îndeplini anumite sarcini”.

JIRA (Japan Industrial Robot Association): „Robotul este un dispozitiv versatil și flexibil care oferă funcții de deplasare similare celor ale membrelor umane sau ale cărui funcții de deplasare sunt comandate de senzori și de mijloace proprii de recunoaștere”.

BRA (British Robot Association): „Robotul este un dispozitiv reprogramabil realizat pentru manipularea și transportul pieselor, sculelor sau altor mijloace de producție prin mișcări variabile programate pentru a îndeplini sarcini specifice de fabricație”.[4]

Idea de robotică a inceput cu cateva secole în urmă.

Idea ca un dispozitiv automat sa ajute si să serveasca oamenii a existat dupa cum e documentat în povești istorice cum ar fii idea de a deschide usa automat.

În jurul secolului al 9-lea, suteo de texte conservate si idea s-au acumulat si adunat impreună pentru a crea cartea numita “Știința din spatele mecanismelor ingenioase“. Această carte si perioada renascentistă au împins multi oameni de știinta (inclusiv da Vinci) spre a crea cu ajutorul imaginației primele obiecte automate (obiecte care se mișcă automat). Cele mai multe au fost create pentru bucurie si râs (doamna cântăreață fig. 7.)

Fig. 7 doamna cântăreață

Apoi robotii au dezvoltat o imagine negative o data cu premiera piesei de teatru numita “Robotii universali ai lui Rossum” care a avut premiera in 1921 in Praga. In piesa de teatru robotii faceau munca pe care oamenii obișnuiau sa o facă și s-au revoltat, omorându-si maestrul, si distrugând toata viata de pe pământ. Anii ’60 e timpul cand piesa “Robotii universali ai lui Rossum” prezicea această catastrofă când defapt roboții industriali isi fac prima dată apariția.

Cativa ani mai târziu un scriitor de literatura stintifico-fantastică, Isaac Asimov a creat legile fundamentale pentru roboți care sunt folosite și în prezent.

Introducerea in automatica industrială

Dacă derulăm timpul înapoi pîna la revoluția industrială. Aceasta a adus cu ea o nevoie crescută de producție si în consecintă, motivație pentru automatizare.

Inventarea Mașinii de control numeric (NC), cresterea popularitații calculatoarelor (1950) si circuitului integrat (1970) toate acestea au facut posibilă dezvoltarea primului robot industrial.

Primele modele au reușit să inlocuiască oamenii în sarcinile grele, periculoase, si monotone. Însa, aceștia nu aveau nici-un senzor extern si au fost folosiți la sarcini sple cum ar fi sa ridice și să mute.

În cele din urma dezvoltatorii au reușit să creeze mișcări mai complexe, au pus senzori externi, si au adaugat mai multe aplicații cum ar fi sudarea, ascutirea, debavurarea și asamblare. De atunci, roboții industriali au reușit sa reducă costurile să marească productivitatea, imbunătățească calitatea și să preia sarcinile grele si periculoase

Crearea robotilor

George Charles Devol, deseori numit parintele roboticii, a inventat primul robot industrial, in anul 1954. Câțiva ani mai târziu Devol si antreprenorul Joseph F. Engelberger au creat prima companie de producere a roboților industriali.

Primul prototip, unimate, a fost produs in anul 1961 și instalat in fabrica General Motors la munci de tipul turnare sub presiune, manipulare, și sudura in puncte. Prețul de producere a fost de producere a fost $65.000 dar a fost vandut cu $18.000. Dupa acea, General Motors a instalat încă 66 de roboti Unimate, firma Ford devenind și ea interesata de acest proiect. Viitorul roboților industriali era foarte sigur unul strălucitor prin interesul si investițiile din industria automotivă.

Roboții industriali moderni au continuat să evolueze in anii ’60 și ’70 în întreaga lumea. Competiția dintre companii din jurul lumiia continuat sa crească cererea pentru roboți industriali.

Acest lucru a stimulat cerceetarea si dezvoltarea tehnică a elementelor cum ar fi microprocesoarele care au ajutat la crearea unui sistem de control rentabil și puternic.

În anul 1963 robotul cu 6 cuple ”Rancho Arm” a fost creat pentru a ajuta persoanele cu dizabilități. Acesta a fost urmat de brațul tentacul, proiectat de Marvin Minsky in anul 1968. Acest robot era capabil să ridice o persoana si a avut 12 cuple.

Prima poveste de success a unei companii care dezvolta de roboți bazați strict pe ce aveau ei nevoie a fost creată in anul 1967. Aceeastă companie a dezvoltat un robot care să indeplinească funcția de vopsire completă care mai târziu a devenit firma ABB. Acesta este doar un exemplu de companie care a inceput sa își dezvolte proprii roboți.

Deci, dezvoltarea industrieei roboticii a continuat să evolueze foarte rapid, și în anul 1969 Brațul Standford a ajuns să fie produs la nivel commercial. Brațul Standford a fost alimentat electric si a fost controlat prin intermediul calculatorului. Din anul 1974, acesta a ajuns atât de sofisticat încât se putea monta pe el o pompă de apă Model T.

Brațul Standford a fost urmat de brațul Silver in anul 1974 creat de David Silver pentru a asambla precis utilizând senzori de atingere , presiune si un microcomputer. Silver împreună cu inventatorul brațului Standford Victor Scheiman au format Vicarm Inc. firma care manufactura brațe robotice industriale. Scheinman a fost instrumental în crearea PUMA (programmable universal manipulator for assembly) pentru Unimation.

Prin mijlocul anilor 1970, industria roboticii a explodat și se aștepta să crească cu 30% în fiecare an.

În anii 1980, companiile din automotivă au bombardat companiile de roboti cu investiții.

Entuziasmul și fondurile nu erau întotdeauna măsurate cu înțelegerea. Corporația General Motors a investit peste 40 de miliarde $ pe noi tehnologii dar in anii 1980 lipsa de pricepere a dus la eșecuri robotice costisitoare. În anul 1988, roboți la uzina Hamtrack Michigan au facut prăpăd spărgând geamuri vopsinduse unul pe altul. Din păcate introducerea prematură a roboților a creat instabilitate financiară.

Nu a fost până de curând ca industria roboticii să își recâștige reputația de la mijlocul anilor 1980. Piata americană de robotică a disparut în timp ce companiile japoneze si europene au cumpărat companiile americane. [5]

III.2. Definirea Parametrilor

E nevoie de două axe ca să ajungi la un punct într-un plan trei axe sunt necesare ca să atingi un punct in spațiu pentru a controla complet orientarea efectorului final , trebuie să mai adăugăm incă 3 axe ( yaw , pitch , roll ). Unele modele ( robotul SCARA ) în schimbul limitării posibilităților de mișcare au un cost ,viteză si acuratețe mai mare .

Gradele de libertate – acestea de obicei este acelaș cu numărul de axe .

Spațiul de lucru al robotului – este dat de volumul în care este posibil să se găsească elementele strucuturii mecanice . Spațiul de lucru util este volumul maxim descris de totalitatea mișcărilor robotului , în care se poate găsi efectorul în timpul funcționării .

Cinematica – aranjamentul de articulații rigide și cuple ale robotului , care determină posibilitatea de mișcare a robotului .

Capacitatea de încărcare a robotului

Viteza – cât de repede poate să poziționeze efectorul final .

Accelerația – cât de repede poate să își accelereze axele . Din moment ce acest factor este limitat un robot nu poate să atingă viteza maximă specificată pentru mișcările pe traiectorii scurte sau complicate care necesită schimbări de direcție frecvente .

Acuratețea – cât de aproape poate să atingă ținta robotul. Când poziția absolută a robotului este măsurată și comparată cu poziția cerută eroarea este mijlocul de măsurare a acurateții . Acuratețea poate fi îmbunătățită cu senzori externi. Acuratețea poate varia în funcție de viteză , greutatea încărcată.

Repetabilitatea – cât de bine poate un robot să reproducă o poziție programată. A nu se confunda cu acuratețea. Se poate când este dată sarcina să mearga într-o anumită poziție pe X-Y-Z, robotul să ajungă cu o eroare de 1 mm de acea poziție. Această comandă se poate îmbunătății prin calibrare. Dar daca poziția e trimisă în memoria controlerului cu o eroare de 0.1 mm, de fiecare dată când robotul este trimis în punctul acela, îl va atinge cu o eroare de 0.1 mm .

Acuratețea si repetabilitatea sunt caracteristici diferite. Repetabilitatea e deobicei cel mai important criteriu a robotului și e asemănător conceptului de precizie în măsuratori . ISO 9283 stabilește o metodă prin care și acuratețea si repetabilitatea pot fi măsurate. În mod obișnuit un robot este trimis spre o poziție învătată de un număr de ori și eroarea este măsurată după ce a vizitat alte 4 poziții. Repetabilitatea e cuantificată utilizând deviația standard a monstrelor pe toate cele 3 coordonate spațiale. Un robot obișnuit, poate să facă o eroare de poziționare care poate crea o problemă în procesul de fabricație. În plus repetabilitatea e diferită depinzând de spațiul de lucru, viteză, încărcarea robotului. ISO 9283 susține că acuratețea si repetabilitatea trebuie măsurate la viteza și încărcare maximă. Dar aceest lucru rezultă în rezultate nesatisfăcătoare întrucât robotul poate fi mult mai precis în repetabilitate și acuratețe la sarcini și viteze mici. Repetabilitatea în procesul industrial depinde de acuratețea efectorului final, chiar și designul degetelor griperului ce prinde obiectul.

Controlul mișcării – pentru unele aplicații cum ar fi asamblarea prin ridicare și plasare, robotul are nevoie de un număr redus de poziții preînvățate. Pentru aplicații mai sofisticate, cum ar fi sudura și vopsirea, mișcarea trebuie să fie controlată continuu pentru a urma o traiectorie în spațiu prin controlul orientării și vitezei.

Sursa de energie – unii roboți folosesc motare electrice, alții actuatori hidraulici. Primii sunt mai rapizi iar cei din urmă sunt mai puternici și mai avantajos de folosit în procesul de vopsire prin pulbere, unde o scânteie poate declanșa o explozie totuși, presiunea aerului scăzută din interiorul brațului poate prevenii pătrunderea vaporilor inflamabili precum și alte contaminații.

Sistemul de conducere – unii roboți sunt conectateaza motoarele electrice la cuple prin intermediul angrenajelor, alți conectează motorul la cuple direct (conducere directă). Utilizarea angrenajelor rezultă într-o reacție măsurabilă cea ce înseamnă mișcare liberă într-un ax. Brațele robotice mai mici folosesc foarte frecvent motoare electrice de torsiune mică, viteză mare, care în general necesită raport de angrenare mare.[6]

III.3. Clasificarea Robotilor

Robotii sunt în principal clasificați în două grupe roboți seriali si paraleli.

Roboții seriali sunt formați dintr-un rând de cuple și organe care combină între ele. Robotii seriali au un spațiu de lucru amplu și puține componente mecanice.

Roboții paraleli pot fi definiți ca mecanisme cu lanțuri cinematice închise formate dintr-un organ terminal cu n grade de libertate dispus pe o platformă mobilă ce se leagă de o platformă fixă prin n lanțuri cinematice independente.

Când aceste doua tipuri de roboți sunt comparați prin rata de greutate pe care o pot suporta pe masa structurii mecanice, roboți paraleli sunt folosiți pentru munca cu sarcini de greutate mai mare.

Fig 8 ABB IRB 6600 Fig 9 ABB IRB6-6400

Roboți mai pot fi clasificați în cinci categorii diferite fiecare corespunzând gradelor de libertat, sursa puterii folosite la rotirea cuplelor, metode de control, gradul de acuratețe, codul de identificare.

Clasificarea roboților dupa gradele de restricție.

Roboții folosiți în industrie sunt in general roboți cu 6 grade de libertate.

De exemplu:

Dacă prima articulatie este cuplă de translație acest robot este un robot cartezian(TTT)

Dacă prima articulație are o cuplă de revoluție dar a doua și a treia cuplă e translație acest robot este unul cilindric (RTT).

Dacă primele două articulații sunt de revoluție și al 3-lea descrie o articulație prismatică și toate cupelele sunt paralele între ele vorbim despre un robot Scara. (RRP)

Dacă primele două mecanisme au cuple de rotație si al-3lea mecanism descrie o mișcare de translație acest robot este unul sferic. Deasemea daca primele trei grade de libertate au cuple de revoluție, acest robot este unul de revoluție. (RRR)

Robotul în structură Cartezienă sunt roboți industriali a căror axe principale de control sunt de translație și sunt perpendicular una pe cealaltă. Cele 3 cuple corespund mișcării sus-jos, înăuntru-afară, spate-față. Printre alte avantaje acest aranjament mecanic simplifică controlul robotului.

Deși coordonatele lor constituția lor din punct de vedere mecanic este una foarte bună capacitatea lor de mișcare în spațiul de lucru este unul slabă. Roboții cartezienni sunt cel mai frecvent utilizați pentru căratul obiectelor de greutate și volum mare dintr-un loc în altul.

Fig. 10. Robotul Cartezian și spațiul de lucru al acestuia.

Robotul în coordonate cilindrice

Acest tip de manipulator are în componența sa prima cuplă de rotație a doua și a treia sunt cuple de translație. Deși constituția lor mecanică este una bine facută, linia de articulație a pumnului se schimbă în funcție de linia de orizontală. La fel ca roboții cilindrici aceștia sunt folosiți pentru a purta obiecte de greutate si volum mare. Cilindrii hidraulici sunt deobicei folosiți pentru mișcarea de translație a acestora.

Fig. 11. Robotul în coordonate cilindrice și aria de lucru al acestuia

Robotul în coordonate Sferice RRT

În manipulatorii sferici primele doua cuple sunt de rotație iar cea de a 3-a este o cuplă de translație. Deși constituția lor mecanică nu este atât de stabilă ca la roboții cartezieni abilitățile lor în spațiul de lucru este una foarte ridicată.

Fig 12. Robotul în coordonate sferice si spațiul de lucru al acestuia.

Robotul de structură purtătoare bi-sferică RRR .

Manipulatorul a cărui cuple sunt de revoluție se numește Structură purtătoare bi-sferică.

Acești roboți au cel mai avansat nivel de abilitate în spațiul de lucru. E cel mai îndemânatic manipulator. În proiectarea acestuia brațul uman a fost luat ca reper de referință.

Fig 13. Robot articulat RRR si forma zonei si volumului de lucru.[7]

III.4. Calibrarea roboților

Roboți industriali pot repeta foarte ușor o mișcare dar nu au o foarte mare acuratețe, prin urmare acuratețea robotului poate fi îmbunătățită prin calibrarea robotului. Calibrarea robotului e procesul prin care se indentifică anumiți parametri în structura cinematică a robotului industrial cum ar fi pozitia relativă a robotului. În funcție de tipul erorilor date, calibrarea poate sa fie clasificată în 3 nivele.

Nivelul 1 – Calibrarea arată diferențe intre valorile date și cele știute ale poziționării cuplelor.

Nivelul 2 – cunoscută și sub denumirea de de calibrare cinetică se preocupă cu întreaga calibrare geometrică a robotului cea ce include compensare de unghiuri și deplasare de cuple.

Nivelul 3 – cunoscută și sub denumirea de calibrare non-cinematică, această calibrare arată alte erori decât cele de geometrie cum ar fi rigiditatea, legatura dintre cuple și fricțiunea.

De cele mai multe ori nivelul 1 și 2 sunt suficiente pentru partea practică .[8]

Calibrarea non-parametrică împiedică identificarea parametrică. Este utilizată la roboți seriali, e bazată pe compensare directă a erorilor cunoscute la spațiul de lucru.

Calibrarea parametrică a robotului este procesul de determinare a valorilor parametrilor cinematici și dinamici al unui robot industrial. Parametri cinematici descriu poziția relativă și orientarea mecanismului din robot în timp ce parametri dinamici descriu brațul, lanțurile cinematice și frecarea internă .

Calibrarea roboților poate foarte mult îmbunătăți acuratețea robotilor programați offline.

Un robot calibrat are o mai bună poziționare absolută și reelativă față de un robot necalibrat adică poziția reală a efectorului final a robotului este foarte apropiată de poziția calculată cu modelul matematic al robotului. Acuratețea poziționării relative este deosebit de importantă atunci când se face schimbul de informație cu softul de programare a roboților și precizia aplicației. Pe langă calibrarea robotilor, calibrarea uneltelor și pieselor cu care lucrează robotul poate minimaliza apariția inacurateților și îmbunătăți siguranța procesului

Standardul internațional ISO 9283 a stabilit diferite criterii de performantă pentru roboți industriali și sugerează proceduri de teste pentru a obține valoarea adecvată a parametrilor . Cel mai important criteriu, și deasemenea cel mai comun folosit precizia indicată (PI) Repetabilitatea indicată (RI). Repetabilitatea este în particular importantă când robotul este mișcat spre poziție manual („Teach-in”). Dacă programul robotului e generat printr-o simulare 3d (programare off-line) acuratețea absolută este și ea vitală. Amandoua sunt în general influențate într-un mod negativ de factori cinematici . Aici în special deplasările , abaterile cuplelor și unghiurile dintre lanțurile cinematice ale robotului își văd efectul .

Capitolul IV.

Imprimanta 3D

IV.1. Istoria imprimantelor 3d.

Termenul de 3D printing acoperă o gamă largă de procese și tehnologii care oferă un spectru complet de capacitate pentru producția de părți și produse prin diferite materiale. În principiu, ce au in comun toate procesele si tehnologiile este maniera prin care producția e executată strat cu strat printr-un proces de adăugare care în contrast cu tehnologiile tradiționale de producție care implică metode de extragere ,turnare . Aplicații a imprimantelor 3D se găsesc in fiecare zi și această tehnologie continuă să își facă simțită prezența tot mai adânc în industrie, în sectorul producătorului și consumatorului, această tehnologie este preconizată doar creșterea.

Cei mai respectați comentantori ai acestui sector de tehnologie sunt de acord că, de astăzi doar, începem să vedem valoarea și potențialul adevărat al imprimantelor 3D.

Printarea 3D – cunoscută și sub numele de manufacturarea aditivă – a fost citată de Financial Times și de alte surse ca fiind mai mare decat internetul.Unii cred in această afirmație, în timp ce alții spun că printarea 3D este doar o tehnologie obișnuită care nu va avea un impact major asupra viitorului.

Termenul de printare 3D acoperă o gamă variată de procese si tehnologii care oferă un spectru complet de capabilități pentru producția de componente cu ajutorul diferitor materiale.Esențial , toate aceste tehnologii de printare 3D au un aspect în comun, fiecare funcționează sub principiul că produsele sunt formate strat cu strat ,incepând cu stratul de la bază până la ultimul strat,această metodă este exact opusul manufacturării clasice.Noi aplicații ale acestei tehnologii sunt descoperite pe zi ce trece , ea devenind accesibilă și în alte sectoare, nu doar in cele industriale.Odată cu accesibilitatea acestei tehnologii în sectorul consumatorilor de rând a fost observat adevăratul potențial al printării 3D.

Avantajele printării 3D

Printarea 3D este procesul de realizare a obiectelor fizice dintr-un model digital,de regulă acest proces este completat prin așezarea mai multor straturi succesive de material cap la cap.Printarea 3D aduce reprezentarea virtuală a unui obiect într-o formă fizică cu multă ușurință în comparație cu metodele clasice de manufacturare.Ca și alte tehnologii de care depindem,printarea 3D are nevoie de timp ca să își găsească un scop bine definit și să se numere în rândul tehnologiilor care ne îmbunătățesc viața.Elementul de bază care separă manufacturarea 3D de cea clasică este metoda de manufacturare aditivă , ea având avantajul unei manufacturări mai eficientă si mai ieftină.Metoda clasică de manufacturare presupune nevoia de material excesiv pentru realizarea unui produs final, foarte mult material fiind risipit in urma procesului.

Pentru multe aplicații , metoda clasică impune un număr de constrangeri inacceptabile , cum ar fi prețul ridicat al materialelor necesare,complexitatea din spatele realizarii celui mai simplu obiect, risipa enorma de material.Printarea 3D este un proces complex,dar care poate să fie realizată de o persoană fară niciun fel de pregătire specifică cu ajutorul tehnologiei deja dezvoltate . Printarea 3D poate să fie văzută ca și asamblarea pieselor LEGO,fiind din nou regăsit principiul manufacturării aditive.Printarea 3D este o tehnologie care încurajează inovația cu o libertate neîntalnită de design fără compromisuri.În anii recenți , printarea 3D nu a mai rămas exclusivă laboratoarelor și sectorului de prototipare industrial , ea găsindu-și locul și în rândul oamenilor de rând.Unele imprimante pot fi cumpărate sub prețul de $1000 ,kiturile fiind chiar mai ieftine . Odată cu scăderea în preț,tehnologia a fost acceptată de oamenii de rând , ei ajutând în dezvoltarea si creșterea acestei tehnici de manufacturare.

Conceptul finit de imprimare 3D și-a făcut apariția la sfârșitul anilor 1980 fiind cunoscut sub numele de prototipare rapidă ,motivul din spatele acestui nume este procesul de manufacturare mult mai ieftină si mai eficientă in industrie . Primul brevet al imprimării 3D a fost completat de Hideo Kodama ,in Japonia , în mai 1980 , el nefiind capabil să îndeplinească termenul de un an de realizare a unui aparat functional . Totusi , putem spune că printarea 3D își are originea în anul 1986 prin intermediul lui Charles Hull, care a inventat prima lui imprimanta SLA in 1983.Hull este cel care a co-fondat 3D Systems Corporation – una din cele mai mari organizații in sectorul imprimării 3D din ziua de azi.Primul produs scos pe piață de 3D Systems a fost imprimanta SLA-1, primele fiind vândute in anul 1988 , totuși 3D Systems nu erau singurii pe piață , în 1987 , Carl Deckard , care lucra la universitatea din Texas a adus pe piață tehnologia SLS,tehnologie care a fost licențiată de DTM Inc, corporație care a fost mai târziu a fost contractată de 3D Systems.În 1989 ,Scott Crump, co-fondatorul Stratasys Inc a demonstrat tehnologia Fused Deposition Modelling (FDM). Din anul 1990 până la începutul anilor 2000 , o varietate de noi tehnologii și-au făcut apariția .Ele erau încă focusate pe aplicațiile industriale , În jurul anului 2005 sectorul imprimării 3d a inceput să arate semne de diversificare care mai sunt prezente si in ziua de azi . Într-un capăt al spectrului erau prezente imprimantele foarte scumpe , prezente doar in laboratoare sau în alte instituții asemănătoare,scopul lor este realizarea produselor de mare calitate in diferite domenii ,cum ar fii domeniul medical , aeronautic , automotive sau chiar și în domeniul bijuteriilor.

În celălalt capăt al spectrului , unii producători de imprimante 3D au urmărit îmbunătațirea conceptului de prototipare rapidă și funcțională , ele urmăreau să fie ușor de operat cu un preț redus . După ele au urmat imprimantele cu care ne-am obișnuit în ziua de azi . Cu toate acestea , imprimantele nu erau încă destinate oamenilor de rând , fiind restricționate domeniului industrial.

Uitându-ne înapoi , acesta a fost doar calmul dinaintea furtunii.

La capătul ieftin al pieței – imprimantele care azi sunt văzute ca fiind de calitate medie – au fost văzute imbunătățiri in legătură cu viteza,acuratețea si totodată calitatea imprimărilor.Pe piață și-au făcut facut apariția și noi materiale de printare , cum ar fi materialul PLA care are in componența sa amidon ,având un risc mai mic de intoxicare in comparație cu plasticul clasic pentru printarea 3D.

În 2007 , piața a văzut prima imprimantă 3D sub $10,000 de la 3D Systems ,dar ea nu a reușit să își atingă scopul propus , acest eșec fiind datorat imprimantei în sine care nu părea să fie capabilă să printeze la o calitate decentă pentru prețul cerut . Prin reducerea prețului producătorii din industria imprimantelor 3D au văzut posibilă îndreptarea acestei tehnologii spre o gamă mai variată de cumpărători, dorința lor fiind să scoată pe piață o imprimantă sub $5000.Anul 2007 pare să fie cel care a marcat punctul de cotitură pentru tehnologia imprimării 3D accesibilă . Dr Bowyer a început mișcarea RepRap care presupune folosirea folosirea open-source a tehnologiei de printare 3D ,open-source însemnând împârtâșirea informațiilor legate de imprimantă cu cumpărătorii , fără nevoia de contracte separate sau cumpărarea informațiilor de la producători , oamenii de rând fiind lăsați să modifice tehnologia după placul lor,astfel îmbunătățind experiența folosirii unei imprimante 3D dar și asigurând progresul acestei tehnologii . În anul 2009 și-a făcut apariția prima dată pe piață o imprimantă 3D sub forma unui kit open-source,aceasta a fost imprimanta RapMan 3D urmată de Makerbot Industries in același an ,fondatorii Makerbot au fost și ei implicați în mișcarea RepRap și în dezvoltarea proiectelor open-source ,dar ei au deciș să lase în urmă ideea de open-source.În 2012 tehnologia a fost reperată de media si a fost popularizată , 2013 a fost un an de creștere si consolidare pentru industrie ,una din cele mai importante momente a fost achiziționarea Makerbot de către Stratasys.Unii văd această tehnologie ca o a doua revoluție industrială , ce nu poate să fie negat este impactul pe care printarea 3D o are în industrie si uriașul potențial pe care îl are pentru viitorul consumatorilor.Forma pe care acest potențial o va lua ni se desfășură în fața ochilor. [9]

Începutul pentru orice proces de printare 3D este modelul digital , care poate să fie creat printr-o varietate de programe de proiectare 3D .

În industrie este folosit 3D CAD ,

Pentru consumatorii uzuali există programe mai simple si mai accesibile (Catia etc.)

Prin intermediul unui 3D scanner

Apoi modelul este "tăiat" in mai multe straturi , devenind compatibil cu procesul de printare a unei imprimante 3D , de aici tot ce diferă este materialul folosit , fie că este vorba de plastic , beton sau orice alt material .

Plasticul este cel mai utilizat material , de obicei ABS (Acrilonitril butadien stiren ) sau PLA ( Alcool polivinil ) , dar exista o gamă foarte largă de material , fiecare cu avantajele și dezavantajele sale, de exemplu PVA este un material folosit pe post de suport de unele imprimante, el este solubil in apă ,astfel se pot realiza piese care necesită folosirea materialului de suport fără nevoia de curățare atentă a piesei printate, prin folosirea acestui plastic in combinație cu PLA obișnuit s-au realizat modele 3D foarte impresionante

Fig, 14 Printarea prin combinare a materialelor PLA și PVA

După câteva ore în apă , materialul suport s-a dizolvat și a lăsat în urma sa piesa finalizată

Tipuri de imprimante 3D.

Fiecare tip de imprimantă 3D procesează diferite materiale în diferite moduri, este important sa înțelegem că atunci când vine vorba de material și de aplicația în care este implicată piesa finală nu există o imprimantă perfectă pentru toate proiectele ,de exemplu , unele imprimante se folosesc de chimie pentru a realiza un obiect ,ele având un material lichid care sub actiunea unui laser foarte puternic solidifică stratul printat , aceasta metodă este mult mai rapidă decât metoda clasică ,fiind însă mai scumpă . Cel mai întâlnit tip de imprimantă este FDM (Fused deposition modeling ) , acest tip de imprimantă presupune extruderea unui material printr-o duză acesta fiind încălzit până la temperatura de 150-260 de grade Celsius , destul cât să facă trecerea materialului de la o stare solidă la o stare lichidă, în această stare ,materialul (în principal plastic PLA sau ABS) este extrudat prin duză și ghidat pe platforma de lucru .

Fig. 15 printarea prin extrudare sau FDM

Stereolitografia (SL)

Fig. 16 printarea prin stereolitografie

Stereolitografia (SL) – este considerată ca fiind primul proces de printare 3D , în mod cert a fost primul comercializat . SL este un proces bazat pe lasere care folosește rașină de fotopolimer care reacționeaza cu laserul și formează în final componente foarte precise . Pentru curățarea pieselor printate se recurge la un cuptor care expune piesa la o lumină puternică care întărește în același timp rășina . Stereolitografia este acceptată ca fiind cea mai precisă metodă de printare 3D.

Printarea prin procesarea digitală a luminii (DLP – Digital Light Processing)

Fig. 17 principiul de funcționare a DLP

DLP – este similar cu stereolitografia prin faptul că functionează cu fotopolimeri, diferența majoră fiind sursa de lumină.DLP folosește o sursă de lumina mult mai convenabilă, cum ar fi o lampă cu un LCD sau o oglindă deformabila, care este aplicată intregii suprafețe de fotopolimer întro-o singură trecere, fiind in general mai rapidă decat SL.

Sintetizarea laser / Topire laser

Fig 18 printarea prin topire laser

Tehnologia SLM (Selective Laser Melting) sau Sinterizarea (Topirea) Laser a Metalelor, este o subramură a tehnologiei SLS cu un procedeu de fabricatie aditivă similar. Tehnologia mai poartă numele de DMLS (Direct Metal Laser Sintering) sau LaserCusing.

Spre deosebire de Sinterizarea Laser Selectiva, tehnologia SLM utilizeaza pulberi metalice drept material de constructie care sunt topite si sudate impreuna cu ajutorul unui laser de mare putere. Straturile subtiri de pulbere metalica atomizata sunt succesiv topite si solidificate la nivel microscopic in interiorul unei camere de constructie inchisa ce contine gaz inert (argon sau azot) in cantitati controlate strict, la un anumit nivelul de oxigen. Dupa terminare, piesa 3D este scoasa din camera de constructie si supusa unui tratament termic si de finisare in functie de aplicatie. Cu o utilizare industriala specializata, tehnologia SLM Selective Laser Melting poate fi incadrata mai degraba in domeniul prototiparii rapide dacat in cel al printarii 3D. Echipamentele sunt extrem de scumpe depasing in general 100.000EUR.

Această tehnologie se folosește de material sub formă de pudră si un laser pentru a printa obiectele dorite.Laserul urmarește conturul obiectului,la fiecare strat completat laminatorul înlăturând materialul pudră . Este nevoie de o cameră cu o temperatură precisă si complet izolată de exterior.Cheia acestui mod de printare este că nu are nevoie de material suport, din moment ce piesa este mereu înconjurată de pudră . În acest fel se pot realiza piese complexe si precise .

Extruderea /FDM

Fig. 19 părțile componente ale unei imprimante FDM

Tehnologia de prototipare rapida FDM în traducere modelare prin extrudare termoplastică. Modelare prin Extrudare Termoplastică (depunere de material topit) este cea mai utilizată tehnologie de fabricare aditivată datorită simplitătii si a accesibilității acesteia . Alte denumiri utilizate sunt: MEM (Melting Extrusion Modeling), extrudare termoplastica TPE (Thermoplastic Extrusion), FFF (Fused Filament Fabrication).

Cu ajutorul unei aplicatii software dedicate, modelul 3D dorit este feliat initial in sectiuni transversale numite straturi (layere).Tehnologia de printare consta in trecerea unui filament din material plastic printr-un extrudor ce il incalzeste pana la punctul de topire, aplicandu-l apoi uniform (prin extrudare) strat peste strat, cu mare acuratete pentru a printa fizic modelul 3D conform fisierului CAD .

Capul (extruderului) este incalzit pentru a topi filamentul plastic, deplasandu-se atat pe orizontala cat si pe verticala sub coordonarea unui mecanism de comanda numerică, controlat direct de aplicatia CAM a imprimantei. In deplasare, capul depune un sir subțire de plastic extrudat care la racire se intareste imediat, lipindu-se de stratul precedent pentru a forma modelul 3D dorit.

Pentru a preveni deformarea pieselor cauzata de răcirea bruscă a plasticului, unele modele profesionale de imprimante 3D includ o cameră închisă de construcție, încălzită la o temperatură ridicată. Pentru geometrii complexe sau modele in consolă , tehnologia FDM necesita printarea cu material suport care va trebui ulterior îndepărtat manual sau prin intermediul unui proces în funcție de materialul folosit ca suport .

Fig 20 imprimantă S250 prevăzută cu camera inchisă

Imprimanta prin pulverizare de liant (binder jetting)

Fig. 21 princiul de funcționare a imprimatei prin pulverizare de liant .

Procesul de binder jetting folosește doua material , un material pulverizat și un liant . Liantul acționează ca un adeziv între straturile de pulbere . Acesta este de cele mai multe ori sub formă lichidă și materialul din care se construieste este sub formă de publere . Un capăt de printare se mișcă orizontal pe axele x și y ale mașinii și depunde alternative strraturi de pulbere sau liant după fiecare strat completat obiectul este coborât o data cu platform până la sfârșitul procesului .

Binder jetting este similar cu imprimanta tradițională care printează hârtia .

Binder jetting: materialul pulverizat e un liant și e pulverizată selectiv pe o platformă strat după strat până se crează produsul dorit . La printarea prin pulverizare o dată ce un strat e complet platforma cade incremental și un cilindru sau o lama netezește pudra peste suprafața platformei, înaintea treceri urmatorului nivel de pulverizare, iar liantul fiind folosit ulterior pentru a fuziona cu stratul următor.

Avantajele acestui proces includ faptul că nu e nevoie de un pat de suport pentru obiectul printat platforma imprimantei asigură această funcție. De altfel o gamă de diferite materiale poate fi folosită, inclusiv materiale din ceramică sau produse comestibile. O altă funcție distinctivă a acestui tip de imprimantă este abilitatea de adăugare cu ușurință a unei palete de culori complexă.

Produsul rezultat din imprimantă însă nu este atât de puternic ca în procesul de printare prin sintetizare și necesită o mentenanță post procesare pentru a asigura durabilitatea.

Printare inkjet tridimensională.

Inkjet-Material jetting

Fig. 22 Principiul de funcționare a imprimantei 3d Inkjet printing(3DP)

Printarea tridimensionala 3DP implică utilizarea tehnologiei de printare injket pentru solidificarea unei pulberi introdusă în camera de constructie (fabricare) a imprimantei prin lipirea particulelor cu ajutorul unui material liant.

Inițial, modelul 3D CAD este convertit in sectiuni transversale (felii) ale obiectului și trimise apoi imprimantei. Un strat subțire de pulbere este introdus în platforma de construcție dupa care este întins, distribuit si compresat uniform cu ajutorul unei role speciale. Capul de printare aplică apoi jetul de material liant urmând structura (felia) proiectată a modelului 3D și rezultând astfel un strat al obiectului 3D din pulbere solidificata cu liant. O dată ce un strat este finisat, platforma de construcție coboară cu exact grosimea unui strat, după care procesul de printare este repetat .

Prin repetarea operatiunii se vor construe straturi succesive, unul deasupra celuilalt, pâna la realizarea piesei finale. Pe masura ce procesul avanseaza, piesa este cufundata in pulbere, ceea ce constituie un suport natural pentru geometriile mai complexe.

Natura acestui produs permite depunerea simultană a unei game de materiale, ceea ce înseamnă că o singură piesă poate fi produsă din mai multe materiale cu caracteristici și proprietăți diferite. Pulverizarea de materiale este o metodă de imprimare 3D foarte precisă, care produce piese exacte cu un finisaj foarte fin.

Depunere prin laminare selectivă (SDl Selective deposition lamination)

Fig 23. Principiul și etapele printării prin laminare selectivă .

SDL este un proces de imprimare 3D dezvoltat și fabricat de Mcor Technologies. Există tendința de a compara acest proces cu procesul de fabricare a obiectelor laminate (LOM) proces dezvoltat de Helisys în anii 1990, datorită asemănărilor în ceea ce privește stratificarea și modelarea hârtiei pentru a forma piesa finală. Aici însă asemănările se opresc.

Procesul imprimantelor 3D SDL construiesc obiectul strat cu strat utilizând coală standard. Fiecare strat nou este fixat de stratul anterior utilizând un adeziv care este aplicat selectiv în comformitate cu datele 3d introduse în mașină . Asta înseamnă că o densitate mult mai mare de adeziv va fi depozitată în aria care va produce piesa , și o cantitate mai mică va fi aplicată în zona care va servi ca suport pentru piesa printată , asigurând o îndepărtare a materialului de suport relativ ușoară.

După ce o nouă foaie este încărcată în imprimantă prin mecanismul de încărcare a hârtiei (1) este plasat peste adezivul aplicat selectiv (2), platforma este ridicată către o placă încălzită (3) și e aplicată o presiune. Această presiune asigură legatura între două foi. Platforma se întoarce la înălțimea la care o lamă de garbid tungsten taie foile pe rând urmărind conturul obiectului pentru a crea marginile piesei (4). Când această secvență de tăiere este completă, imprimanta 3d depozitează urmatorul strat de adeziv până când obiectul e complet (5).

Depunerea prin laminare selectivă este una din puținele procese de imprimare 3d care pot produce culoare a obiectelor printate , utilizând o paletă de colori CYMK . Iar datorita faptului ca materialul folosit este hârtia care nu necesită procesare post finisare și sunt eco-friendly. Acest tip de imprimantă însă nu poate să concureze cu alte imprimante în reproducerea geometriilor complexe .

Imprimanta prin topirea cu ajutorul fasciculului de electroni EBM (Electron Beam Melting)

Fig 24. Imprimanta prin topirea fasciculului de electroni

Tehnica de imprimare 3D Beam Melting este un proces patentat dezvoltat de compania suedeză Arcam. Această metodă de tipărire metalică este foarte asemănătoare procesului de sinterizare directă prin laser (DMLS) în ceea ce privește formarea pieselor din pulbere metalică.

Diferența cheie este sursa de căldură, care, așa cum sugerează și numele, este un fascicul de electroni, mai degrabă decât un laser, ceea ce face ca procedura să fie efectuată în condiții de vid.EBM are capacitatea de a crea piese complet dense într-o varietate de aliaje metalice, chiar și la nivel medical, și ca urmare tehnica a fost deosebit de reușită pentru o gamă largă de aplicații de producție în industria medicală, în special pentru implanturi.

Cu toate acestea, alte sectoare de înaltă tehnologie, cum ar fi industria aerospațială și automobile, au analizat tehnologia EBM.

Materialele folosite pentru imprimarea 3D

Materialele folosite pentru imprimarea 3d au evoluat foarte mult față de începuturile acestei tehnologii . Există acum o mare varietate de tipuri de materiale care se pot folosii . care se găsesc în diferite stări ( pulberi , filament , granule etc. )

Plastice

Poliamida sau nailonul este folosit uzual sub formă de pulbere în procesul de sintetizare sau sub formă de filament prin procesul de extrudare . E solid , flexibil și durabil , plasticul s-a dovedit foarte folositor în printarea 3d . În mod natural acesta are culoarea albă dar poate fi modificată înainte sau după vopsire . Plasticul poate fi combinat ( în starea pulverizată ) cu aluminiul pentru a produce un alt material des utilizat în imprimarea 3d prin sintetizare .

ABS (Acrilotin stiren butadienă) e un alt tip de plastic des utilizat în imprimarea 3d . Temperatura necesară pentru topirea filamentului este mai ridicată decât în cazul altor materiale, în timpul printării este necesară menținerea unei temperaturi constante a spațiului de lucru . Deseori se întâmplă ca straturile să nu se lipească între ele , fapt datorat fie unei temperaturi prea joase a extruderului . În consecintă piesa nu este la fel de rezistentă . ABS-ul este un material toxic și din acest motiv se recomandă utilizarea lui în spații bine ventilate .

PLA (Acid polilactic) e un material de plastic bio-degradabil , cel mai des folosit pentru imprimantele cu extruder (FDM). Poate fi găsită în diferite culori acest material poate fi și transparent . Dezavantajul cel mai mare al acestuia este faptul că nu este la fel de durabil și flexibil ca ABS-ul . Cerințele de printare cu acest material nu sunt atât de exigente , nefiind nevoie de o platformă încălzită , temperatura nu este o variabilă semnificativă pentru procesul de imprimare .

Fig. 25. Diferența între materiale obiectul de culoare roșie este din material PLA iar cel cu albastru este ABS .

PVA (Policlorură de vinil) Un plastic solubil în apă, PVA este folosit de cele mai multe ori ca lipici , agent de îngroșare sau ca ambalaj. În universul imprimantelor 3d , PVA nu este prea folosit ca material de construcție ci mai degrabă este folosit ca structură de suport pentru o porțiune a produslui care se poate dărâma sau încovoia în timpul procesului de printare . La imprimantele cu două sau mai multe extrudere , operatorul poate să folosească unul sau mai multe extrudere pentru a adăuga materialul PVA pentru structura de suport a piesei în timp ce restul extruderelor sunt folosite pentru a crea produsul în sine din alte materiale . Când procesul de printare ajunge la capăt , produsul finit este scufundat într-un container cu apă până când materialul din PVA folosit ca suport se dizolvă .

Metale

Un număr tot mai mare de metale și metale composite se folosesc în printarea 3d la nivel industrial . Două din cele mai folosite sunt derivați ai aluminiul și cobaltului .

Fig. 26 piesă printată din aluminiu.

Unul din cele mai durabile materiale și cel mai folosit metal în imprimarea 3d este oțelul inoxidabil în stare de pulbere este procesat prin intermediul topirii , sinterizării , topirii fasciculului de electroni . În ultimii ani aurul și argintul s-au adăugat în lista materialelor de metal care pot fi printate 3d direct , cu aplicații evidente în industria bijuteriilor . Ambele materiale sunt foarte dure și sunt procesate în stare de pulbere .

Fig. 27 piesă printată din aur .

Ceramică

Ceramica este un grup relative nou de materiale care poate fi folosit pentru printarea 3d cu diferite nivele de succes .Un lucru aparte de care trebuie să ținem cont când printăm piese ceramic este faptul că aceste materiale trebuie tratate după printare , obiectele din ceramic trebuie să treacă prin aceleaș procese ca și obiectele ceramic fabricate utilizând metode tradiționale de producție mai exact călirea piesei . [10]

Fig 28. Obiecte printate din ceramică

VI.2. Imprimanta folosită

Prusa i3 e o imprimantă open source care modelează prin topire și depunere . Este o parte din proiectul RepRap și este cea mai folosită imprimantă din lume . Prusa i3 a fost concepută de Josef Průša în anul 2012. Prețul de cost al imprimantei și asamblarea facilă a crescut popularitatea imprimantei în educație, ca hobby și pentru utilizatorii profesioniști. Imprimanta fiind open source există foarte multe variante ale imprimantei produse de indivizi sau companii în toată lumea cum e cazul in majoritatea imprimantelor RepRap Prusa i3 e capabilă să își printeze singură unele componente .

Părțile componente ale imprimantei

Prusa I3 , ca multe imprimante concepționate de firma RepRap , este un ansamblu de componente produse prin intermediul unei imprimante 3d și componente care nu pot fi reproduse printr-o imprimantă acestea fiind elemente adiționale. Aceste elemente pot fi : tije , tijă netedă , șuruburi , piulițe , motor pas cu pas 5 NEMA 17 și mai multe echimante speciale cum ar fi controller , pat încălzit.

Fig, 29 Imprimanta Prusa I3

Fig. 30 componentele imprimantei PRUSA I3

Extruder cu diametrul filamentului de 3mm(EXT300-004A)

Tija filetată de lungime 220 mm cu roată dințată intermediară și senzor de proximitate la capătul cursei din aluminiu(PP005A) pentru axa x.

Ansamblu central de transport

Duză cu diametrul de 3mm prevăzută cu prindere .

Senzor de proximitate prevăzut cu prindere ( axa X ) asamblat cu cablu(OPT001-X)

Ansamblul mesei .

Senzor de proximitate pentru axa (Y , Z ) asamblat cu cablu(OPT001-YZ)

Motor pas cu pas prins în scripeți și ansamblu support pentru motorul ce acționează axa Y.

Ansamblu plăcii de circuit . (PCBG6-001A)

Tijă filetată pe care este prins ansamblu de acționare a motorului pe axa X (PP004A)

În partea superioară avem motoare pas cu pas pentru axa Z (EL00T-001A)

IV.3. Comanda numerică G-Code.

G-code ( sau RS-274 ) este limbajul de programare cel mai folosit pentru mașinile cu control numeric . Este în principal folosit la manufacturarea asistată de calculator pentru controlul mașinilor unelte automate .

G-code e un limbaj în care operatorul transmite mașinii unelte computerizate cum să creeze ceva . Acest “cum” este definit prin comenzi g-code trimise printr-un computer care ii transmite motorului unde să se miste ,cât de repede să se miște , ce cale să urmeze . Cea mai des întâlnită situație e acea în care în mașina unealtă scula de tăiere e mișcată în conformitate cu aceste instrucțiuni printr-un traseu de tăiere frezând materialul în surplus și lăsând doar piesa finală . Acelaș concept îl găsim il găsim de asemenea la masinile unelte care nu sunt pe bază de tăiere a materialului cum ar fi masinile de slefuit . Mașinile ce funcționează prin metode aditive de material cum ar fi printarea 3d și instrumente de măsurare .

Implementarea G-codului

Prima implementare a unui program de control numeric a fost dezvoltat la laboratorul de servo mechanism ale facultății MIT în anii 1950 . De atunci , multe implementări au fost dezvoltate de către foarte multe organizații ( comerciale sau non-comerciale ) . Principala versiune standardizată folosită în Statele Unite ale Americii a fost stabilită de către alianța industriilor electronice în anii 1960 . Ultima revizie a standardului a fost aprobată în februarie anul 1980 ca RS-274-D .[11] În alte tări , standardul ISO 6983 este des întâlnit , dar multe tări europene folosesc standardele proprii . De exemplu , DIN 66025 e folosit de către Germania , PN-73M-55256 și PN-93/M-55251 au fost folosite în Polonia .

Între anii 1970 și 1990 multe mașini cu comandă numerică au încercat să depășească problema incompatibilității prin standardizarea prin intermediul controlerului masinilor cu comandă numerică construite de firmele FANUC . În anii 2000 diferențele la controller și incompatibilitatea nu mai sunt un obstacol deoarce operațiile de prelucrare sunt dezvoltate cu sisteme CAD/CAM care sunt capabile să reproducă adecvat G-codul specific pentru o mașină unealtă .

Unele Mașini unelte folosesc programare “de conversație” prin care se ascunde G-codul sau se trece complet peste folosirea lui . Câteva exemple populare sunt “Okuma’s advanced one touch” , Southwestern Industries' ProtoTRAK, Mazak's Mazatrol, Hurco's Ultimax, Haas' Intuitive Programming System (IPS), and Mori Seiki's CAPS conversational software.

La început G-codul era un limbaj de programare limitat din care lipseau comenzi uzuale cum ar fi bucle , operatorul de condiționare ”if” , și variabile declarate de către operator . Nu era capabil să reproducă logic , dar avea capacitatea să conecteze puncte . Ultimele implementări aduse G-codului include capacitatea de a introduce limbaje macro care sunt foarte apropiate de un limbaj de programare extreme de complex și abstract . De asemenea toți producătorii principali de mașini unelte ( Fanuc , Siemens , Heidenhain ) asigură accesul la datele din PLC ( controler logic programabil ) cum ar fi date despre poziționarea axelor , date despre unealtă prin intermediul programelor de control numeric . Aceste date fac mai ușoară dezvoltarea aplicațiilor de automatizare . [12]

Comenzi specifice

Comenzile-G , mai sunt numite și comeenzi de inițializare ,sunt orice sintaxă într-un program CNC care încep cu litera G . În general e un cod care spune mașinii unelte ce tip de acțiune să efectueze , acestea pot fi :

Comanda de mișcare rapidă ( transportul uneltei cât mai rapid între tăieri

Controlul mișcări pentru o mișcare liniară sau de rotație

O serie de mișcări controlate din care rezultă prelucrarea unei găuri , tăierea piesei pentru o dimensiune specifică sau un profil a fost adăugat în marginea piesei

Setarea informațiilor în mașina unealtă

Schimbarea sistemelor de coordonate

Lista-adrese

Un cod-G pentru imprimantele RepRap este o listă de câmpuri separate prin linii de pauză . Un camp poate fi interpretat ca o comandă sau un parametru . El este reprezentat printr-o literă urmată de un număr , sau poate fi doar o literă . Litera oferă informația despre sensul câmpului . Numerele pot fi întregi sau fracționale depinzând de context

Tabelul 1. Lista de adrese a codului G.

Lista de coduri G

Într-un bloc tipul de comandă este determinat de adresa G și de numărul care urmează după acesta .

Câteva din aceste litere de adrese sunt folosite doar în mașinile de frezat sau doar în cele

de strunjit , cele mai multe sunt folosite în ambele . În tabelul de mai jos avem cele mai frecvent utilizate adrese într-un program . Surse Smid 2008 ; [13] Smid 2010 ;[14] Green et al. 1996.[15]

Tabelul 2. Lista de coduri G. [16]

IV.4. Studiul utilizării materialului

Acid Polilactic ( PLA ) este diferit de majoritatea polimerilor termoplastici prin faptul că este derivat din materiale resurse regenerabile cum ar fi amidonul de porumb sau trestia de zahăr. Majoritatea plasticelor , prin contrast , sunt derivate prin distilare și polimerizare a materialelor neregenerabile . Plasticele derivate din biomasă ( ex PLA ) sunt cunoscute ca “bioplastice” .

Acidul polilactic este biodegradabil și are caracteristicile similar cu cele ale polipropilenei , polietilenei , sau polistirenului . Poate fi produs din material deja manufacturate . Din acest motiv sunt eficiente din punct de vedere economic de produs . În consecință , PLA are al doilea cel mai mare volum de producție dintre toate bioplasticele .

Există o mulțime de aplicații pentru folosirea acidului polilactic . Unele dintre cele mai commune includ foliile de plastic , sticle , și dispozitive medicale biodegradabile ( ex suruburi , ace , tije și plăci care se biodegradează în 6-12 luni ) . Acidul Polilactic se contractă la căldură și din acest motiv ca un material de micșorare prin îmachetare . În plus , ușurința cu care acidul polilactic se topește permite crearea unor aplicații foarte complexe în printarea 3d . Pe de altă parte din cauza rezistenței la căldură foarte mică aplicarea acestui material pentru medii cu temperaturi ridicate nu este indicată .

Fig 31. Diferite filamente PLA

Fig 32. Șuruburi medicale

Există diferite tipuri de acid polilactic dintre care avem PLLA (Acid Poli-L-lactic), PDLA (Acid poli-DL-lactic) . Fiecare au caracteristici puțin diferite dar sunt similare prin faptul că sunt produse dintr-un material regenerabil (acidul lactic: C3H6O3) spre deosebire de restul plasticelor care sunt fabricate din material non-regenerabile .

Cel mai mare beneficiu a PLA-ului ca bio-plastic este faptul că este extreme de versatile și faptul că se degradează natural când este expus factorilor de mediu . De exemplu o sticlă din PLA aruncată în ocean se degradează între 6 și 24 de luni . Comparat cu plasticele convenționale (care în aceleaș condiții de mediu i-ar trebui câteva sute dacă nu o mie de ani să se degradeze) acest lucru este remarcabil . În consecință este un potential foarte mare ca PLA să fie foarte util pentru aplicații în care produsul să nu aibă o perioadă lungă de viată și în aplicații unde biodegrabilitatea este foarte benefică (ex: sticlele de apă din plastic, sau containerele pentru fructe și legume).

PLA este unul din cele două cele mai des utilizate plastice pentru imprimantele 3D cu extrudare termoplastică ( FDM) . Este cel mai des întâlnit sub formă de filament pentru printare 3D Abs este cel celălalt material des întâlnit . Filamentul PLA este disponibil cu un număr vast de culori. Acidul polilactic poate fi frezat la mașină CNC dar în mod obișnuit acesta nu găseste sub formă de tablă . Însă este disponibil ca un film subțire pentru termoformare sau sub formă de peleți de plastic pentru turnarea prin injecție . Pentru ajustarea proprietăților materialului, sunt produse matrițe de injectat sau sunt amestecate împreună.

O aplicație interesantă a materialului PLA pentru o imprimantă 3d este așa numitul proces “pierderea PLA prin turnare” . Acesta este un proces prin care materialul PLA este printat sub forma unei cavități interioare și apoi împachetat cu un material asemănător ghipsului . Materialul PLA este la sfârșit încălzit până la dispariția din obiectul printat . Deoarece punctul de topire este mult mai scăzut ca a materialelor din jurul lui rezultatul final al acestei operații este un gol în interiorul piesei care poate fi umplut cu metal topit .

Caracteristicile materialului PLA

PLA este clasificat ca un poliester ” termoplastic ” . Materialele termoplastice devin lichide la temperatura lor de topire ( 150-160° Celsius în cazul PLA ) . O calitate majoră a termoplasticelor este acea că pot fi încălzite până la punctual lor de topire , răcite , și apoi încălzite din nou fără degradări semnificative . În loc să ardă materialele termoplastice ca Acidul Polilactic se lichefiază cea ce facilitează utilizarea lor în matrite de injectat .

Toxicitatea materlalului PLA

În formă solidă materialul PLA nu este toxic dar ca majoritatea plasticelor acesta are potențialul să fie toic dacă este inhalat sau absorbit prin piele sau prin ochi sub formă de vapori sau lichid (în timpul procesului de manufacturare). Trebuie avută foarte mare atenție la manipularea polimerilor topiți în particular.

Dezavantajele utilizării materialului .

PLA are o rezistență foarte mică la căldură de tranziție (în mod obișnuit între 43-65°Celsius). Acest lucru o face destul de nepotrivită pentru aplicațiile cu temperature mari . Chiar și căldura din interiorul unei mașini pe timpul verii o poate face să se slăbească și să se deformeze . Acidul Polilactic e un pic mai fragil ca ABS-ul pentru prototipare 3D dar are avantajele sale .

Proprietătile Acidului Polilactic .

Tabelul 3. Proprietățile materialului PLA [17][18]

IV.5. Formatul STL.

Formatul STL înregistrează informația despre modelul 3D. Acest format descried oar suprafața geometrică a unui obiect tri-dimensional fără reprezentarea culorii, texturii sau a altor attribute aflate în model .

Aceste fișiere deobicei sunt generate de un program de proiectare asistată de calculator (CAD) ca ultim proces a modelării 3d . “.STL” este extensia pentru formatele fișierelor STL .

Fișierele cu formatul STL sunt cele mai utilizate pentru printarea 3D .

De la începuturile umile , formatul STL a fost adoptat și acceptat de multe programe CAD iar în ziua de azi este cel mai utilizat pe scară largă pentru prototipare rapidă , printare 3D , și manufacturare asistată de calculator .

Numele de STL. Poate să vină de la stereolitografie, dar în unele cazuri se face referință și la “Standard Triangle Language” sau “Standard Tessellation Language”. Principalul scop a fișierul de format STL este acela de a înregistra suprafața geometrică a obiectului . Înregistrează informația utilizând un concept simplu numit „ Teselarea ” .

Teselarea e procesul prin care se acoperă o suprafață cu una sau mai multe suprafețe geometrice în așa fel înât să nu fie suprapuneri sau lacune .

Fig.33 Exemplu de perete tesalat în lumea reală .

Fig. 34 , Fig 35 exemple de tesalare în artă picture de M.C. ESCHER

Teselarea poate implica suprafețe geometrice simple sau suprafețe foarte complicate (imaginare)

Inventarea formatului STL.

În anii 1987 , Chuck Hall a invetat prima imprimantă 3d stereolitografică , iar firma “Albert Consulting Group for 3d Systems “ încercau să gasească o metodă de transfer a informației despre modelul 3D CAD în imprimanta 3D . Ei au realizat că pot folosi teslarea suprafeței modelului 3D pentru a codifica această informative .

Idea de bază a fost să se tesaleze în două dimensiuni suprafețele exterioare a modelului 3D utilizând triunghiuri mici ( numite și “fațete“) și salvarea informației despre fațete într-un fișier .
Ca să ințelegem cum funcționează acest format avem două exemple . Dacă avem un cub 3d acesta poate fi acoperit cu 12 triunghiuri lucru observat în fig. 30 . Se poate observa există două triunghiuri pe fiecare față . Cum cubul are 6 fețe avem 12 triunghiuri .

Fig 36 exemplu de tesalare a unui cub.

În cazul în care avem un model 3D al unei sfere , atunci el poate fi acoperit prin multe triunghiuri mici după cum se poate observa în imaginea 31 .

Fig 37 Exemplu de tesalare a unei sfere .

Încă un exemplu de suprafață 3d complicată tesalată în triunghiuri

Fig 38. Tesalarea unui porc (sursa : i.materialize)

Firma “ Albert Consulting Group for 3D Systems “ a realizat că dacă se poate salva informația despre aceste triunghiuri mici într-un fișier , atunci acest fișier poate descrie complet o suprafață a oricărui model 3D . Aceasta a fost idea de bază din spatele formatului de fișier .STL!

Fig. 39 exemplu de program de printare 3D.

Pentru a efectua printarea fișierul .STL trebuie să fie deschis cu un program dedicat imprimantei 3D . Acest program are capacitatea de a converti modelul 3D digital în instrucțiuni de printare pentru ca imprimanta 3D să poată crea un obiect . Programul taie fișierul .STL în sute sau chiar mii de straturi pe suprafețe orizontale bazânduse pe setările folosite de utilizator și calculează cât material imprimanta va trebui să extrudeze și cât timp va dura să o creeze .

Toate aceste informații sunt adunate într-un fișier G-CODE . Setările programului au un impact foarte mare asupra calității obiectului de acea este important să fie programul și setările potrivite pentru a avea cea mai bună calitate posibilă a obiectului printat.

O data ce G-Codul a fost încărcat în imprimanta 3d , următoarea etapă e ca acele straturi separate bi-dimensionale să fie reasamblate ca un obiect tri-dimensional pe platforma imprimantei . Acest lucru este făcut prin depunere în succesiune a unor straturi subțiri de plastic , metal sau materiale compozite și construind astfel modelul strat cu strat . [19]

Capitolul V

Etapele fabricării robotului EEzy.

Robotul EEzy bot este un proiect open source de greutate mică și ieftin de produs creat cu scopul de a introduce publicul larg în știința roboticii . Materialul folosit în conceperea lui este unul bio-degradabil și anume PLA . Problemele întâlnite în asamblarea robotului au fost rezolvate prin remodelarea pieselor în programul CAD catia și reprintarea părților componente pentru o funcționare cât mai corectă a robotului . Cinematica robotului este asemănătoare robotului IRB 460 .

Am folosit imprimanta 3d pusă la disponibilitate de firma “Macro-Script” pentru printarea pieselor manufacturate iar pentru piesele standard ( șuruburi , șaibe , piulițe ) , servo-motoare din componența robotului au fost comandate de pe internet .

V.1.Crearea listei de material .

Pentru realizarea robotului ca pentru orice ansamblu de obiecte vom avea nevoie de un necesar de material . Acest necesar de material v-a cuprinde piese manufacturate la imprimante 3d și piese cumpărate standard sau comerciale .

Piese neprintate :

Tabel 4 Lista de materiale comerciale

Pentru piese printate :

Tabel 5 lista de material pentru piesele manufacturate

V.2.Proiectarea robotului eezy bot

Fig 40 .Robotul eezy bot original în programul CAD Catia v5

Fig. 41 Partea de acționare bazei robotului cu elementele acestuia

Problema care am întâlnit-o la modelarea robotului pus la dispoziție de proiectantul său a fost mișcarea de rotație la nivelul end-efectorului cea ce micșora manevrabilitatea robotului destul de mult .

Datorită acestei probleme de design am hotărât să modificăm partea de efector al robotului pentru a crește manevrabilitatea acestuia .

Soluția constructivă ce am ales-o a presupus folosirea modelelor din varianta originală pentru a sprijinii partea nouă de end efector și servo-motorul care v-a acționa partea de închidere a acestuia .

Fig.42 Robotul modificat pentru a adăuga o mișcare de rotație efectorului final .

Fig. 42 Reper modificat

Pentru adăugarea servo-motorului care va comanda mișcarea de rotație a robotului a trebuit să modificăm piesa care face legătura dintre mână și antebrațul robotului prin adăugarea unui element de sustinere a servo-motorului.

Fig. 43 Reper nou adăugat

Acest reper are funcția de a facilita mișcarea de rotație a pentru articulația mâinii robotului . Deasemenea de susținere a servo-motorului ce acționează închiderea și deschiderea degetelor .

Fig 44.Varianta originală efector final

Fig 45.Noua variantă de prindere a robotului.

V.3. Fabricarea robotului .

Pentru a putea efectua printarea 3d avem nevoie de un program care pregătească modelul 3d pentru printare . Pentru acest proiect am folosit soft-ul Open Source Cura 2.6 .

Prima etapă în printare este salvarea modelului în formatul .stl pentru a putea fi deschis de soft-ul de printare .

Fig 46.Transferul modelului din formatul .part în .stl

Fig. 47 aranjarea elementelor pentru a facilita printarea lor

În colțul din dreapta jos se poate observa dimensiunea piesei printate , câte grame va avea piesa și câți metri de filament v-a consuma . Deasemenea în dreapta avem setarea de densitate a materialului printat , cu cât densitatea este mai mare cu atât rezistența piesei crește .

Fig 48. Transferarea fișierului în programul Gcode al imprimantei .

În general în printarea robotului am folosit pentru printarea acestui robot o rată de 20 % de umplere cu material a componentelor .

Fig 49. Printarea elementelor

V.4. Asamblarea robotului .

Am început cu asamblarea structurii de bază (012) a robotului . S-a pus pe poziție servo-motorul MG995 cu axul conducător aliniat spre robot și s-a fixat pe poziție cu ajutorul șuruburilor autofiletante primite cu servo-motorul . Se introduc trei piulițe în cele trei găuri ale structurii de bază (012) se introduce în structura de bază , baza inferioară (013) care este prinsă cu 3 șuruburi de M3. Următorul pas presupune inserarea rulmentului radial cu bile 606zz în placa de bază inferioară, și se verifică libertatea de mișcarea a rulmentului . Următoarea mișcare este poziționearea unei plăci conducătoare între servo-motor și roata dințată generatoare pentru strângerea acestor piese se folosesc două șuruburi cu autofiletare. Se umple golul din placa inferioară cu 25 de sfere de diametrul 6mm .

Se inserează o piuliță M6 cu autoblocare în baza pivotantă (001) și două șuruburi de M3 cu piulițe la capete pentru blocarea bazei pivotante pe baza inferioară .

Fig 50. Asamblarea roții dințate conduse de baza pivotantă

Fig 51.Asamblarea bazei robotului

O data cu terminarea asamblării bazei robotului fixăm pe poziție umărul principal (002) și brațul suport (003) de baza pivotantă utilizând o tija de diametrul 4mm și lungimea de 33mm .

Se fixează cele două servo motoare mișcarea față spate a robotului prin rotirea tijei pe baza pivotantă . Fixarea servo-motorului se face prin 4 șuruburi autofiletante .

Fig 52 prinderea servo motoarelor de baza pivotantă

Se conectează partea de jos a pârghiei unghiulare (005) de baza pivotantă prin capătul fix al acesteia , iar de brațul conducător se prinde cu un șurub autofiletant pârghia dreaptă . Cu o tijă filetată de M4 se conectează bratul orizontal (006) de suportul de antebraț (007)

Fig 53. Conectarea brațelor de brațul pivotant

După conectarea de brațul pivotant pentru a asigura stabilitatea elementelor vom lega de pârghia unghiulară suportul de antebraț , și respectiv brațul orizontal de pârghia dreaptă . Pentru terminarea asamblării brațului robotic mai trebuie să adăugam articulația mâinii . Aceasta se prinde de pârghia de acționare (005) într-un punct iar în celălalt punct se prinde de brațul orizontal prin două tije filetate de M4.

Fig. 54 Brațul robotic asamblat

Urmează prinderea efectorului final modificat de brațul robotic

Fig 55.Asamblarea incheieturii robotului

În această parte sunt modificările cele mai mari aduse robotului daca asamblarea ei este corectă , înseamnă că am reușit să adaugăm o nouă mișcare de rotație robotului . Se fixează de reperul cu numărul 009 un nou reper de suport pentru servomotorul care v-a produce mișcarea de rotație a robotului , respectiv un rulment cu bile care v-a fi fixat de un șurub M3x25 . Pe servo-motorul SG90 va intra o roată dințată generatoare . Pe rulment se va așeza prin strângere o nouă “mână” îmbunătățită .

Fig 56 asamblarea “mâinii”

Al 2-lea Servomotor 90G v-a fi așezat pe mână și strâns cu două șuruburi M3 . De servo motor v-a fi prins o roată dințată generatoare care v-a acționa roțile dințate din component degetelor din stânga respeciv din dreapta .

Fig. 57 imagine a efectorului final asamblat

În concluzie după cum se poate observa fabricarea unui astfel de robot nu este una foarte dificilă. Proiectarea lui însă este o sarcină care trebuie luată foarte serios dar care îți permiți să faci greșeli fiind că până la urmă materialul care este printat este din plastic fapt ce permite dezvoltarea robotului și corectarea erorilor foarte rapid . Crearea pieselor pentru robot la imprimanta aflată în firma “MACROSCRIPT SRL-D” a durat în jur de 2 zile . Pentru asamblarea lui am consumat mai puțin de o zi . Având în vedere partea economică costurile de producție a acestui robot au ajuns în jurul valorii de 500 de lei aici luând în calcul piesele manufacturate și cele comandate .

Fig.58 Imagine de ansamblu a Robotul Eezy bot

Bibliografie:

[1] Roboți industriali prof .ing. Goia Daniela 2011 SI 3

[2] PROIECTAREA SISTEMELOR MECATRONICE Prof. dr. ing. Valer DOLGA

[3] Olaru, D. Elemente de micro si nanotribologie in sisteme mecatronice, note curs pentru anul V specializarea Mecatronica, 2004-2005]

[4] Gacsádi Alexandru Curs “Bazele Roboticii” Universitatea din Oradea 2008

[5]. “The history of the industrial robot” Johanna Wallen

[6] "Singularities in six-axis vertically-articulated industrial robots". CoRo Blog. Retrieved 17 April 2015.

[7]  CLASSIFICATION OF THE INDUSTRIAL ROBOT ARMS Trakya University, Science Institute, Mechanical Engineering Division

[8]  Nof, Shimon Y (1999). Handbook of industrial robotics (Vol 1 ed.). Wiley and Sons. pp. 72–74.
[9] http://3dprintingindustry.com/3d-printing-basics-free-beginners-guide/history/

[10] http://3dprintingindustry.com/3d-printing-basics-free-beginners-guide/materials/

[11]  EIA Standard RS-274-D Interchangeable Variable Block Data Format for Positioning, Contouring, and Contouring/Positioning Numerically Controlled Machines, 2001 Eye Street, NW, Washington, D.C. 20006: Electronic Industries Association, February 1979
[12] "Fanuc macro system variables". Retrieved 2014-06-30.
[13] Smid, Peter (2008), CNC Programming Handbook (3rd ed.), New York: Industrial Press, ISBN 9780831133474,LCCN 2007045901.
[14] Smid, Peter (2010), CNC Control Setup for Milling and Turning, New York: Industrial Press, ISBN 978-0831133504,LCCN 2010007023.
[15]Green1996,pp. 1162–1226.
[16] http://reprap.org/wiki/G-code

[17] https://www.creativemechanisms.com/blog/learn-about-polylactic-acid-pla-prototypes

[18] https://plastics.ulprospector.com/generics/34/c/t/polylactic-acid-pla-properties-processing

[19] https://all3dp.com/what-is-stl-file-format-extension-3d-printing/#pointone