Jste zde

Šestiosý robot mění 3D tisk na umělecké dílo

Projekt Centra pro jemný tisk (CFPR) na univerzitě západně od Anglie v Bristolu zkoumá 3D tisk z úplně jiného úhlu. Je kladen důraz na expresivní výraz než na přesnou reprodukci digitálních dat. Flexibilní šestiosý průmyslový robot s ramenem Mitsubishi Electric MELFA RV je jádrem celého projektu.

3D tisk se stále častěji používá ve výrobním průmyslu pro výrobu prototypů, výrobu s malým objemem a pro výrobu předmětů se složitými tvary, které nelze snadno reprodukovat jinými způsoby. Hlavní výzvu představují předměty složitého tvaru. Když se má objekt vyrábět pomocí 3D tisku, musí být tvar rozdělen na řadu částí, které budou stabilním a spolehlivým způsobem akumulovat materiál pomocí vrstev. Z tohoto důvodu je 3D tisk obecně velmi přesně řízený proces, jak z hlediska typu pohybu (různé zrychlení a rychlosti), tak ukládání materiálu. V průmyslových aplikacích se materiál nanáší nebo taví v malých množstvích. Stroje jsou proto provozovány logicky, numericky, stejně jako při CNC obrábění.

Obrázek 1: Dr. Paul O'Dowd dokázal použít svou vlastní softwarovou aplikaci k tomu, aby posunul kreativní aspekt procesu 3D tisku a vytvořil expresivní vzory. [Zdroj: Mitsubishi Electric Europe B.V.]

Naopak Center for Fine Print Research (CFPR) se zaměřuje na 3D tisk z pohledu umění, kde je kladen důraz na expresivní výraz. Dobrou analogií k projektu je hrnčířské kolo, kde umělec pracuje v přímém kontaktu s hlínou. Umělec může materiálem něco vyjádřit, často formuje materiál a zkouší nalézt jeho hranice například tím, že vytváří rozsáhlé elegantní formy nebo odhaluje nové vlastnosti materiálu jako je průsvitnost. CFPR má odborné znalosti v oblasti keramiky, foto pryskyřic a termoplastů a jsou zkoumány s novou robotickou platformou. Předchozí práce vyhodnotila 3D tiskárnu jako nástroj pro vytváření neobvyklých povrchových textur. Na rozdíl od jednoduchého stroje, které reprodukuje digitální modely s jemným rozlišením.

Obrázek 2: Obrázek jpeg byl převeden do šedé stupnice a byl použit algoritmus pro řízení rychlosti hlavy na základě hustoty obrazu. Výsledkem je reprodukce obrazu, kde jemné detaily jsou jedinečné při každém spuštění programu. [Zdroj: Mitsubishi Electric Europe B.V.]

Použití tiskárny "neobvyklým způsobem" znamená modifikovat CAD modely a algoritmy "ukrajování", protože jsou příliš automatizované. Při psaní vlastního softwaru je možné rozvíjet metody tisku z hlediska toho, jak lze materiál umělecky formovat. Aby bylo možné dosáhnout této posunuté perspektivy, projekt využívá robotové rameno Mitsubishi Electric MELFA RV-7FLM k výzkumu technologií a technik pro dynamické snímání a manipulaci s materiály, než je ukládat pevnými, statickými "strojními" způsoby. Robot zkouší limity materiálu pomocí software, který vyžaduje vysoký stupeň automatizace a reakce v reálném čase.

Tím, že tlačí 3D materiály k jejich limitům, tak v materiálech objevili nečekané vlastnosti. Například během tisku se mění rychlost pohybu a náklonu tiskové hlavy. Díky tomu, že je hmota horká a tažná, lze s ní vytvářet vlasové či tkané struktury. Tyto nové materiálové struktury mohou mít užití i v průmyslu.

Obrázek 3: Robot používá vlákno polylaktické kyseliny (PLA), protože má nízkou teplotu tání, je také jedním z ekologičtějších 3D tiskových materiálů, které jsou dostupné z kukuřičného škrobu. [Zdroj: Mitsubishi Electric Europe B.V.]

Robotická manipulace s materiálem během tisku vyžaduje integraci několika pokročilých technologií. Například snímání a rychlou reakci na viskozitu. Robot MELFA má integrován real- time control a poskytuje spolehlivé programovací rozhraní, které umožní rychlou reakci na nasnímané data. Jeho kompaktní rameno umožňuje obsáhnout velkou plochu a díky šesti osám dokáže tiskovou hlavu naklonit jakýmkoliv způsobem. Rotační rameno Mitsubishi Electric je velmi obratné a umožňuje robotovi manipulovat s materiálem ze všech stran. Obvykle jsou 3D tiskárny stroje se třemi lineárními osami (XYZ) a výroba probíhá v pevných vodorovných vrstvách. Robotické rameno řady RV má však svobodu pohybu i komplexní sadu rozšiřovacích schopností včetně pneumatiky a digitálních I / O, které jsou integrovany do podvozku samotného ramena. To přináší přesné řízení síly a dosah pohybu ramena 908 mm s vysokou přesností a spolehlivostí.

Obrázek 4: Nanášení materiálu lze řídit pomocí modifikovaných modelů CAD nebo plochých obrazů. Předměty mají jedinečnou strukturu tím, že mění rychlost nanášení během tisku. [Zdroj: Mitsubishi Electric Europe B.V.]

Vlastní software musí velmi rychle a dynamicky reagovat na změny vlastnosti materiálu a konstrukci tištěného předmětu. To znamená, že řídicí program nemůže být ve své činnosti pevný. Místo toho musí neustále a iterativně interpretovat prostředí a autonomně upravovat své chování. Robot Mitsubishi Electric se ukázal jako ideální nástroj, který pomáhá vytvářet umělecké objekty pomocí PLA (kyselina polymléčná). Bio-odbouratelný typ termoplastu na bázi rostlin používaného v 3D tiskárnách. Vývojový tým využil plný rozsah pohybu robota, aby se materiál dostal mimo jeho normální užití a vytvořil tak nové efekty. Intuitivní a snadno použitelné programovací rozhraní funguje dobře se softwarem vyvinutým univerzitním týmem. Změnila se rychlost tisku, aby se materiál vytáhl do jemných vláken. Stejný postup se plánuje pro rozvíjení uměleckého výtvarného umění s keramikou a foto pryskyřicemi.

Obrázek 5: Tvar vázy byl vytvořen během veřejné demonstrace a výstupky ukazují, kde systém přerušil pohyb robota. [Zdroj: Mitsubishi Electric Europe B.V.]

 

Podívejte se, jak Mitsubishi Electric dokáže reagovat na dnešní požadavky na automatizaci: eu3a.mitsubishielectric.com/fa/en/solutions

 

Hodnocení článku: