Garras de injeção de combustível personalizadas para impressão em 3D para um robô de seleção e colocação

Com sede em Wisconsin, o Grupo Técnico STS opera há quase 40 anos trabalhando com clientes em design técnico e de pessoal. e desafios de engenharia. Com mais de 250 funcionários em centros de recrutamento nos Estados Unidos, a empresa cresceu e se adaptou ao cenário em constante mudança das tecnologias de fabricação, oferecendo serviços novos e inovadores à medida que surgem.

A STS utiliza a tecnologia de impressão 3D da Formlabs devido à variedade de materiais que são adequados para uso extensivo no ambiente de manufatura, a capacidade de produzir componentes impressos em 3D de grau médico e a alta qualidade dos componentes impressos.

Neste estudo de caso, o Diretor de Serviços de Engenharia do STS Technical Group, Benjamin Heard, orienta você no desenvolvimento de garras personalizadas para mover e posicionar injetores de combustível em um ambiente de manufatura, destacando as vantagens de imprimir um componente em 3D versus produzi-lo com métodos de produção tradicionais, como fundição e usinagem. Heard também explicará por que as capacidades das garras impressas em 3D personalizadas são muito superiores às das garras anteriores, tradicionalmente fabricadas.

Como escolher um processo de produção para componentes específicos

Para fabricar um componente específico, muitos processos de produção devem ser considerados durante o desenvolvimento, como fundição, fabricação, usinagem e processos de impressão 3D, como modelagem por deposição fundida (FDM) ou impressão estereolitográfica (SLA).

Algumas vantagens da impressão 3D para componentes de fabricação:

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  Mais detalhes do que fundição e / ou usinagem. A espessura da camada de impressão pode ser tão pequena quanto 25 mícrons.
  
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  Mais econômico do que fundição, fabricação ou usinagem quando se trata de projetos altamente detalhados.
  
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  Tempos de produção e chumbo significativamente menores do que fundição, fabricação ou usinagem.
  
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  Nenhuma usinagem é necessária após a impressão, portanto, não há necessidade de equipamentos de usinagem caros que exijam mão de obra especializada e configuração tediosa.
  
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  Ampla seleção de materiais duráveis ​​e leves.
  
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  Projetos criados com software CAD podem ser salvos e reutilizados conforme necessário para substituição, sem necessidade de inventário.
  
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  Os itens impressos em 3D podem ser projetados para serem mais compatíveis para instalação, incorporando estrategicamente material adicional para fortalecer os suportes e incorporando recursos de instalação, como orifícios para parafusos / parafusos e cavidades hexagonais.
  
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  Se uma peça de polímero SLA impressa em 3D sofrer forte impacto durante a operação, ela provavelmente se quebrará, enquanto as peças de metal tendem a dobrar fora da tolerância e continuar a produzir peças fora das especificações.
  
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  Custos de substituição mais baixos e lead time mais rápido para componentes quebrados e peças de reposição.
  
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  As peças impressas têm uma aparência estética que pode ser pintada ou recoberta com o revestimento desejado.
  
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  Oferece uma alternativa para materiais que não são adequados para usinagem porque podem derreter, lascar ou rachar durante o processo.
  
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  Custos de envio mais baixos devido ao peso mais baixo e ao material de embalagem reduzido.
  

Ao decidir entre os componentes de fundição, fabricação, usinagem ou impressão 3D, considere primeiro a durabilidade que a peça deve possuir. Embora as peças de metal produzidas com processos tradicionais ofereçam maior resistência, durabilidade e resistência ao desgaste, muitos componentes têm requisitos que podem ser facilmente atendidos pela impressão 3D com materiais de engenharia específicos.

O ambiente de trabalho também deve ser considerado durante a seleção para garantir que o material possa suportar a temperatura, os níveis de umidade ou a presença de corrosivos. A impressão 3D de grandes componentes pode representar um desafio, mas as impressoras 3D de grande formato, como a Form 3L, podem acomodar solicitações de impressão maiores.
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Introdução à impressão 3D com estereolitografia de mesa (SLA)

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Projeto e impressão em 3D de pinças injetoras de combustível personalizadas

Muitos fatores são considerados ao projetar garras para operações de coleta e colocação. Os materiais usados ​​no componente escolhido e na garra, força de aperto, geometria do componente escolhido, mandíbulas radiais versus movimento linear da mandíbula, folgas circundantes e as tolerâncias de escolha e localização de colocação necessárias.

O material do dedo da garra é normalmente selecionado para ser significativamente mais forte e mais duro do que a parte escolhida para garantir que os braços não se desgastem após milhares ou até milhões de ciclos. Um material típico de pinça é o aço endurecido, que pode causar estragos em superfícies de peças escolhidas mais macias. Quando o acabamento é delicado, revestimentos ou sapatos são adicionados às garras. Além disso, quando as peças são movidas para a posição para que o trabalho adicional da máquina seja executado no item, o contato incorreto da garra pode resultar no posicionamento incorreto da peça e na criação de defeitos de usinagem.

As garras genéricas que foram originalmente instaladas no cilindro pneumático.

Em geral, as mandíbulas da garra são cortadas em forma de 'V' para itens escolhidos que são cilíndricos ou têm bordas não planas. Esta forma oferece contato confiável com a peça escolhida em dois locais de cada lado em um contato tangente suave. Mais importante ainda, é um design simples e econômico que pode ser dimensionado para qualquer número de processos.

As desvantagens deste projeto incluem concentrações de força que são estressantes tanto para a garra quanto para o item, resultando em desgaste isolado da garra. Além disso, as garras em 'V' podem posicionar apenas abstratamente um item, resultando na necessidade de um mecanismo de posicionamento secundário para processos de fabricação adicionais.

Ao escolher a impressão 3D para produzir as garras, as opções de design aumentam significativamente e é possível produzir garras de encaixe perfeito que distribuem a força por uma área de contato maior.

Em nosso exemplo, usamos um scanner a laser 3D da Creaform e o software de modelagem VX Elements para obter uma varredura 3D virtual do injetor de combustível para auxiliar no design das garras. A varredura resultou em uma imagem com detalhes intrincados, em vez de medir tediosamente cada lacuna, cilindro e abertura no injetor de combustível. A imagem digitalizada pode então ser importada para um software CAD 3D para gerar um design extremamente detalhado usando um recurso de molde do software.

O injetor de combustível (superior) foi digitalizado em 3D para criar um modelo (inferior) que poderia ser usado para criar as garras personalizadas.

Nosso novo projeto de garra radial detalhado é montado nos braços rotativos presos ao pistão de um cilindro pneumático.

A nova garra foi prototipada e fabricada em uma impressora Formlabs Form 3 SLA 3D. A Formlabs oferece vários materiais para prototipagem rápida, como Draft Resin para protótipos rápidos. Em nosso caso, a resina preta padrão foi usada para desenvolver o protótipo inicial do projeto. Ambas as metades da garra podem ser impressas no Formulário 3 em uma única construção. Os materiais podem ser alterados facilmente, o que acelera a obtenção de um produto final a partir da ideia original.

A fabricação do componente de uso final exigia um material mais durável para sustentar o ambiente de produção. Como resultado, a resina Rigid 4000 foi usada para fazer as garras finais. Este material de polímero preenchido com vidro extremamente rígido oferece alta durabilidade, rigidez e um acabamento atraente para as peças impressas.
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Digitalização 3D para engenharia reversa, restauração e metrologia

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Resultados

O processo de desenho e impressão 3D das garras irregulares foi um sucesso total e funcionam como esperado. As capacidades das garras impressas em 3D são muito superiores às garras anteriores.

O conjunto do cilindro pneumático; completo com pinças impressas em 3D segurando o injetor de combustível.

As vantagens das garras impressas em 3D são as seguintes:

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  Maior área de superfície para agarrar o injetor de combustível, levando a menos áreas de concentração de força que podem danificar ou arranhar o injetor de combustível e desgastar a pinça. Mesmo que a pinça suporte o desgaste, o design exclusivo e totalmente abrangente ainda permitirá que a pinça opere no nível desejado.
  
• 
  Com as garras operando em um movimento de preensão radial, a folga nas bordas internas das garras pode ser incorporada ao projeto em vez de usinada. Isso elimina bordas quadradas na cavidade de preensão e permite a preensão uniforme e a liberação total do injetor de combustível.
  
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  As garras detalhadas da garra alinham e orientam o injetor de combustível para a posição desejada, diminuindo a quantidade de equipamentos adicionais e estações de fabricação necessárias para orientar as peças selecionadas.
  
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  Com o projeto da garra totalmente abrangente, menos pressão da garra é necessária para agarrar o injetor de combustível, o que levou a menores requisitos de pressão pneumática ou hidráulica para o equipamento de manuseio de materiais.
  
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  As garras são projetadas para eliminar estruturas de componentes finos e fornecer um design exclusivo para maximizar a resistência do material da resina, enquanto incluem uma cavidade hexagonal que engloba uma porca hexagonal na montagem para simplificar a instalação.
  
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  A serialização ou etiquetagem do componente impresso SLA é obtida durante o processo de impressão, eliminando os processos de estampagem ou gravação.
  

Conclusão

O Formlabs Form 3, equipado com uma ampla variedade de materiais de impressão, oferece uma alternativa excepcional aos processos de manufatura tradicionais para a manufatura de componentes personalizados, como auxiliares de manufatura.

Os componentes impressos oferecem durabilidade adequada, custam muito menos para projetos mais detalhados e podem ser produzidos e implementados em uma fração do tempo. O futuro da manufatura automatizada consistirá em produtos altamente detalhados projetados com software CAD e impressos em 3D usando uma variedade de materiais.

Usando impressoras 3D Formlabs e software CAD, o STS Technical Group pode projetar e desenvolver componentes irregulares altamente detalhados para seus clientes.