Станки, роботы, 3D-принтеры, лазеры, цифровые двойники — достижения последнего десятилетия в металлообработке
Совершенно невозможно представить современную жизнь без металлообработки. Огромное количество продукции – от мощных машин и оборудования до изделий повседневного спроса – производятся на станках по металлу. Отрасль прошла сложный и интересный путь: доказано, что предшественники современных токарных станков существовали еще в Древнем Египте и Греции. В нашем блоге вы можете прочитать статью о том, как развивалась отрасль с самого начала по сегодняшний день, и даже пофантазировать, что ждет всех в будущем. Факты, как нам кажется, очень интересные.
Ну а что происходит сегодня – такой вопрос задали мы в ПРОМОЙЛ и проанализировали достижения за последние 10–15 лет. Предлагаем вместе вспомнить и разобраться в технологических инновациях и новых методах металлообработки последних лет, которые изменили сам процесс и всю отрасль.
Многоцелевые станки
Станкостроители разрабатывают станки, учитывая полный цикл обработки от заготовки до финишного изделия, и для этого внедряют в привычные для нас механообрабатывающие станки лазерные головки, наплавку, ультразвуковой шпиндель, функцию шлифования, а также другие различные технологии. Фрезерным 5-осевым обрабатывающим центром, который имеет возможность обработать сложные детали со всех сторон без потребности в их перемещении и перестановке, уже никого не удивить, а вот если в такой станок добавить аддитивные технологии, с помощью которых можно получать детали сложной геометрической формы методом наслоения материала с последующей финишной лезвийной обработкой, то это заставляет присмотреться к такому типу оборудования.
Примеры работы многоцелывых станков
Благодаря этому функционалу станка удается получить Done-In-One ‒ все операции механообработки и аддитивной технологии, начиная от установки заготовки и заканчивая финишной обработкой, производятся исключительно на одном станке. Станок обладает собственным поворотным столом наклонного типа. Для получения наилучшего результата достигается оптимальная скорость вращения шпинделя до 18 тыс. об/мин. Станок обладает еще несколькими важными особенностями:
- роликовые направляющие качения по трем осям X, Y и Z;
- устройство для смены 2 паллет;
- оптоволоконная линия AM-факела;
- гибкая адаптация сварочной системы Fronius.
Многоцелевой станок MAZAK INTEGREX i-400S AM
Благодаря уникальной возможности 5-осевого управления аддитивное наслоение может эффективно применяться при работе с заготовками различных форм. Mazak представила новое поколение многоцелевых станков, которое реализует инновационную концепцию Done-In-One, в частности на станках AM INTEGREX i-400S AM, и позволяет выполнить все операции с помощью единственного станка. Таким образом обеспечивается преимущественная функциональность.
Ознакомиться с принципом работы станка можно по ссылке
Примером новаторских решений в производстве станков может служить второе поколение станков ULTRASONIC 20 linear от DMG MORI. Особенность этого оборудования в том, что при комплексной обработке применяют ультразвуковые технологии. Однако станки ULTRASONIC 20 linear второго поколения представляют собой совершенно новый класс оборудования, так как имеют:
- скорость вращения шпинделя до 60 тыс. об/мин;
- более мощные двигатели;
- уменьшенную установочную площадь;
- интерфейс CELOS с приложениями, разработанными специально для ультразвуковой обработки.
Прорывной технологией в новых станках стали: новый генератор ультразвуковых колебаний с цифровым управлением, оправки более высокой производительности и скорость вращения до 60 тыс. об/мин.
Всё это позволяет использовать станки с ультразвуковой технологией в таких отраслях, как приборостроение, оптическая и часовая промышленность, высокоточная механика и производство медицинских устройств, а также изготовление пресс-форм.
Ультразвуковой станок ULTRASONIC linear от DMG MORI
Коллаборативные роботы
Современные технологии переносят нас в будущее, где сотрудничество между человеком и роботом становится неотъемлемой частью в промышленности и на производствах. Коллаборативные роботы, известные как коботы, воплощают мечты людей, стремящихся создать механических помощников для облегчения нашего труда. Коботы обладают способностью выполнять монотонные и рутинные задачи, ранее отнимавшие много времени и усилий. Специальные датчики и сенсоры обеспечивают постоянный контроль за любыми движениями и препятствиями, гарантируя непрерывное и максимально безопасное взаимодействие с человеком.
Примеры работы коботов в паре со станком с ЧПУ можно посмотреть на видео
Основная цель – обеспечить безопасность и эффективность взаимодействия человека и робота. Благодаря датчикам, установленным на коботах, гарантируется безопасность человека во время взаимодействия с ним.
Манипуляция коллаборативными роботами специально реализована таким образом, чтобы быть отзывчивой и приспособленной для совместной работы с людьми. Главное преимущество коботов перед промышленными роботами заключается в значительно возросшей безопасности. Для последних требуется огораживать и выделять отдельную территорию в цеху, чтобы избежать травм при работе робота. В отличие от этого, коботы не требуют выделенной зоны и спокойно могут работать с человеком на одном рабочем столе.
Коботы освобождают человека от рутинного труда, а использовать их безопаснее, чем роботов
Коллаборативные роботы находят широкое применение в различных отраслях и выполняют разнообразные задачи, что является их главным конкурентным преимуществом для владельцев бизнеса. Оснащение предприятий коботами дает возможность оптимизировать производство и найти новые решения для самых разных областей. Устройства широко применяют в мелкосерийном производстве. Гибкость коллаборативных роботов проявляется в их способности легко перемещаться и перенастраиваться на другую задачу всего за несколько десятков минут. Настройку кобота на новую задачу выполняют без привлечения специалистов в области робототехники. Устройства также способны работать 24/7, что экономит время сотрудников и ресурсы компании. В зависимости от поставленной задачи коботы могут выполнить гораздо больше операций за то же количество человеко-часов, чем человек.
Развитие аддитивных технологий
Аддитивные технологии, такие как 3D-печать металлов, очень интересное направление в металлообработке, которое широко применяется предприятиями.
Первые наработки в данной области были представлены еще в 2017 году, в частности тогда рассматривались возможности технологии выборочной лазерной плавки и прямого спекания металлов. Специалисты также обсуждали вопрос реверс-инжиниринга и контроля качества за выпуском продукции на производстве с помощью 3D-сканирования. На нескольких конкретных примерах было продемонстрировано, как данную технологию можно использовать для контроля геометрии, оснастки и эксплуатационного контроля.
Факт
По прогнозам MarketsandMarkets, ожидается, что мировой рынок 3D-печати металлов достигнет 2,8 миллиарда долларов к 2025 году.
Технологии 3D (Источник ru.freepik.com)
Почему технологии 3D так востребованы в производстве? Они позволяют создавать сложные геометрические формы, что раньше было сделать трудно или вообще невозможно. Помимо этого, 3D-печать металлов сокращает время и затраты на производство прототипов и небольших серийных партий. Благодаря аддитивным технологиям можно создавать индивидуальные детали, адаптированные к конкретным требованиям и условиям эксплуатации.
Лазерная металлообработка
Первый квантовый усилитель был создан в середине прошлого века. С тех пор лазерная технология стремилась занять важное место в металлообработке, а в последнее десятилетие получила особенно широкое распространение. Станки применяют для резки и гравировки металла, пластика, стекла, фанеры и других материалов. Высокая точность, скорость и качество обработки металлических изделий — это сильные стороны лазера.
Суть работы с лазерной технологией заключается в применении узконаправленного излучения, то есть лазерного луча, для теплового воздействия на обрабатываемый материал. Под действием этого луча металл нагревается до точки плавления, а затем достигает точки кипения и испаряется.
Процесс работы схож с механической резкой, однако в нем отсутствуют отходы и вместо обычного инструмента используют лазер. Материал не образует кусков или осколков при резке, так как испаряется под воздействием лазера.
Процесс резки лазером металлического листа (Источник ru.freepik.com)
В числе самых крупных компаний — производителей лазерных станков — Trumpf GmbH & Co. KG (Германия), Amada Co., Ltd. (Япония), Bystronic DNE Laser (Швецария), Mazak (Япония). Хорошо зарекомендовал себя китайский производитель OREE LASER. Компания имеет большую линейку оборудования в различных конфигурациях. Более подробно ознакомиться с оборудованием вы можете на сайте ПРОМОЙЛ.
Цифровизация в металлообработке
Цифровизация в металлообработке, как в любой другой отрасли, — это использование современных цифровых технологий, упрощающих процессы работы и оптимизирующих расход ресурсов в металлообрабатывающей отрасли. Сюда входит использование компьютерных систем, программного обеспечения, сбор и анализ данных. Благодаря этому вы сможете быстро переключаться между различными задачами и автоматизировать технологические процессы, а это положительно повлияет на эффективность производства и качество выпускаемого продукта.
Важный аспект цифровизации в металлообработке – использование системы компьютерного моделирования и симуляции. С помощью специальных программных средств можно создавать виртуальные модели изделий и производственных процессов, а затем проводить их анализ и оптимизацию. Так удается сократить время и затраты на создание прототипов, определить оптимальные параметры обработки и улучшить конструкцию изделий или технологического процесса.
Особое место в последнее десятилетие имеет сбор и анализ данных. С помощью датчиков и специальных систем, которые контролируют процессы обработки, можно изменять различные параметры и использовать их для последующего анализа. Благодаря этому выявляют тренды, определяют причины дефектов и принимают меры по их предотвращению, а также оптимизируют процессы обработки.
Нанотехнологии в металлообработке
Одним из наиболее значимых достижений в металлообработке является применение нанотехнологий. Наноматериалы обладают уникальными свойствами, такими как высокая прочность, устойчивость к коррозии и улучшенная электрическая и теплопроводность. С помощью нанотехнологий металлы могут быть усилены и структурированы на молекулярном уровне, благодаря чему создают более легкие и прочные материалы.
Важным направлением применения нанотехнологий в металлообработке является повышение прочности и твердости металлических материалов. Использование технологии позволяет создавать композитные материалы, в которых наночастицы добавляются к основному металлу для улучшения его физических свойств. Например, добавление наночастиц углерода к стали увеличивает ее прочность и твердость. Такие материалы находят широкое применение в авиационной и автомобильной промышленности, где требуются легкие и прочные конструкции.
Повышение устойчивости к коррозии металлических поверхностей – еще одна задача, которую решают с помощью новых материалов. Наночастицы металлов, таких как золото или серебро, используют для создания покрытий, которые защищают металл от окисления и коррозии. Это особенно актуально для изделий, которые сильно подвержены воздействию агрессивных сред.
С помощью нанотехнологий можно создавать инструменты с высокой точностью и износостойкостью. Например, нанодисперсные порошки используются для производства супертвердых режущих инструментов, которые обеспечивают высокую производительность и долговечность при обработке металла.
Конечно, до повсеместного развития и распространения этой технологии еще далеко, помимо этого, сегодня все чаще и чаще производители задаются вопросом о рациональности использования данного подхода.
Благодаря достижениям, о которых мы говорили сегодня, отрасль металлообработки существенно продвинулась в своем развитии. Применение лазерной металлообработки, цифровых двойников, аддитивных технологий, новых материалов ведет к созданию более прочных, точных, эффективных и устойчивых металлических изделий. Эти достижения несут в себе огромный потенциал для развития различных отраслей и вносят существенный вклад в технический прогресс и устойчивое развитие человечества.
