Создание робототехнического комплекса прототипирования и производства деталей сложной геометрической формы на основе 3D-печати
Технологию 3D-печати в настоящее время рассматривают как альтернативу привычным операциям формообразования деталей, таким как точение и фрезерование на станках с ЧПУ. Аддитивные технологии (АТ) также используют в методе быстрого прототипирования.
Однако у аддитивных технологий существует несколько ограничений, накладываемых на способы печати. Так, размер получаемых изделий всегда ограничен размерами 3D-принтера. При этом печать негабаритных деталей и оснасток становится невозможной. Также напечатанные детали обладают неоднородно распределенными по их объему физическими свойствами: поскольку они создаются послойно, детали более хрупкие примерно на 10-50% по одной из осей. Вследствие чего, пластиковые напечатанные детали чаще всего используются для нефункциональных применений, во избежание критических нагрузок.

Необходимость решения данных ограничений позволяет сформулировать проблему, которая заключается в изготовлении негабаритных деталей и конструкционных элементов технологического оборудования методом 3D-печати. Применение промышленных роботов для позиционирования печатающей головки для изготовления деталей сложной геометрической формы в широком размерном диапазоне методом 3D-печати является инновационным решением, активно исследуемым в настоящее время.

Tilda Publishing
прототип экструдера
эксп. экструдер
схема подключения элементов системы управления

Система управления экструдером разрабатывалась на основе отрытого программного обеспечения Marlin 2.1.2.5. Разработка осуществлялась в среде разработки Microsoft Visual Studio.

В прошивку Marlin 2.1.2.5 были внесены требуемые технические характеристики: величина тока требуемая шаговому двигателю, микрошаги драйвера, определены элементы в системе.

Материально-техническая часть системы управления экструдера состоит материнской платы управления, драйвера шагового двигателя, экрана тонкой настройки, твердотельного реле и двух блоков питания.

Элементы системы подбирались основываясь на их совместимости и технических требованиях.

В качестве материнской платы управления была использована Bigtreetech SKR 3. BTT SKR V3. Для питания платы применялся блок питания 24В. Термопары подключаются напрямую в плату.

Нагреватели подключаются к плате через твердотельного реле SSR 40.

Для управления шаговым двигателем применялся драйвер Bigtreetech TMC5160T PLUS. Подача питания на шаговый двигатель осуществляется через драйвер шагового двигателя. Для питания двигателя применялся блок питания 48В.

Настройка работы системы управления экструдером в ручной режиме может осуществляться через резистивный дисплей Bigtreetech TFT35 v3.0. 3.5.

Дисплей позволяет менять температуру и скорость подачи, вносить изменения в программу печати.

техническое исполнение экспериментального экструдера
Управление робототехническим комплексом 3D-печати осуществляется через управляющие программы. Для внешнего управления входамии выходами применялось ПО KUKA.Workvisual 6.0.
Создание управляющей программы 3D-печати робототехнического комплекса осуществлялось через ПО RoboDK 5.8, с расширением слайсером Slic3r
Также было опробовано создание управляющей программы 3D-печати робототехнического комплекса через ПО PowerMill с расширением Netfab
from robolink import *  # Подключаем RoboDK
from robodk import *  # Подключаем RoboDK функции
import math

# Подключение к RoboDK
RDK = Robolink()

# Получаем робота по его имени
robot = RDK.Item('KUKA KR 90 R3100 extra')
extruder = RDK.Item('Extruder_TCP')

# Устанавливаем ориентацию экструдера, ось Z направлена вниз
extruder.setPose(Pose(0, 0, 0, 90, 0, 0))

# Получаем текущую позицию робота
current_position = robot.Pose()
print("Текущая позиция робота:", current_position)

# Печатаем безопасные координаты
x_start = 500  # Начальная координата по X
y_start = 0  # Начальная координата по Y
z_start = 100  # Начальная координата по Z

# Устанавливаем начальную позицию
start_position = Pose(x_start, y_start, z_start, 0, 0, 0)

# Перемещаем робота в безопасную начальную позицию
robot.MoveJ(start_position)

# Параметры вазы
height = 700  # Высота вазы
radius = 200  # Радиус вазы
num_layers = 700  # Количество слоев (чем больше, тем мельче шаг)
layer_height = height / num_layers  # Высота одного слоя

# Печать вазы (спираль)
for layer in range(num_layers):
    # Вычисляем угол для текущего слоя (спиральное движение)
    angle = 2 * math.pi * layer / num_layers  # 360 градусов за весь цикл
    
    # Рассчитываем координаты X, Y для текущего слоя
    x = x_start + radius * math.cos(angle)
    y = y_start + radius * math.sin(angle)
    z = z_start + layer * layer_height  # Поднимаем экструдер на слой
    
    # Перемещаем робота на новую точку
    robot.MoveL(Pose(x, y, z, 0, 0, 0))

print("Печать вазы завершена.")
1. Откроем PowerMill и сохраним проект.
2. Из библиотеки роботов выберем KUKA.
3. Импортируем модель.
4. Создадим локальную систему координат для последующего вывода управляющей программы относительно неё
5. Перейдем на вкладку Additive для создания траектории и выберем стратегии NetFabbnt.
6. Выберем стратегию SolidPart и настроим режимы в соотвествии с имеющимся оборудованием и реальными режимами наплавки. В примере выбраны следующие настройки
7. После нажатия кнопки "Вычислить" получим траекторию


8. Нажмем кнопку "Просмотр наплавки" и получим имитацию выращивания изделия
9. Далее необходимо получить управляющую программу на языке KRL для робота KUKA
Нажмем кнопку "Записать NC-файл робота"
10. Полученный src-файл содержит более 25 тысяч строк.
11. Внутри файла находится исполняемый код
примеры работ
Постобработка

В случае необходимости возможна постобработка изделия: фрезеровка шпинделем с автосменой инструмента, раскрой циркулярной пилой(глубина реза до 50мм), оптововолоконная лазерная резка и сварка IPG (1000вт)

О нас
Мы молодая динамично развивающиеся команда единомышленников выпускники МАИ, Станкин, Росбиотех. Видим свою миссию в участии в создании экологически полезных технологий, в частности 3D-печати (FLAK)
Проект выполнен при поддержке Фонда содействия инновациям в рамках программы «Студенческий стартап» федерального проекта «Платформа университетского технологического предпринимательства».
ООО «ПРОМСПЕЦПРИНТ»
Г. Москва Пр-кт Рязанский д.72, к.1, кв. 36.
10dvorak@gmail.com