Braços robóticos para impressão 3D:fabricantes líderes, benefícios e desvantagens

Um braço robótico para impressora 3D é um braço mecânico industrial articulado com uma cabeça de impressão 3D acoplada. Isso fornece escala e versatilidade para permitir a impressão 3D em escala industrial. Pode ser aplicado a diferentes tecnologias de impressão 3D, como fabricação aditiva de arco de arame para impressão com metal ou extrusão de pellets para impressão com pellets. Os robôs de impressão 3D estão sendo desenvolvidos em ritmo acelerado, com muitas aplicações potenciais na indústria da construção devido à sua escala. Existem inúmeras colaborações em andamento com fornecedores de braços robóticos, juntamente com especialistas terceirizados em impressão 3D, para desenvolver e comercializar diferentes abordagens para fabricação aditiva em escala. Este artigo discutirá o braço robótico da impressora 3D, seus fabricantes, vantagens e desvantagens. 

O que é um braço robótico para impressão 3D?

Um braço robótico para impressão 3D é uma forma de fabricação de braço robótico. Um braço robótico industrial articulado é usado para mover uma cabeça de impressão para fabricar um componente de forma aditiva. Também pode ser chamada de fabricação aditiva de robôs (RAM). Ele pode utilizar métodos estabelecidos de impressão 3D, como modelagem por deposição fundida (FDM) ou deposição de energia direcionada (DED), mas o material alimentado é movido e posicionado por um braço robótico em vez de um pórtico. A Figura 1 abaixo mostra um braço robótico articulado padrão usado em aplicações industriais:

Para obter mais informações, consulte nosso guia Tudo sobre impressão 3D.

Quais são as vantagens do braço robótico para projetos de impressão 3D?

A impressão 3D de braço robótico tem uma série de vantagens valiosas, incluindo:

1. O uso de um braço robótico para impressão 3D permite imediatamente a impressão de modelos em maior escala (>1 m em qualquer dimensão) em comparação com impressoras 3D independentes típicas. Se o robô for capaz de se mover, modelos de até 30 m em uma dimensão poderão ser impressos.
2. O movimento de cinco ou seis eixos proporciona liberdade de movimento para a cabeça de impressão 3D. Dá a capacidade de rastrear caminhos complexos para construir componentes.
3. Os braços robóticos permitem que a maioria dos modelos sejam construídos sem suportes, devido à liberdade de movimento da cabeça de impressão. No entanto, para evitar completamente o suporte em alguns modelos, a plataforma de construção também pode precisar ser movida, para permitir que o modelo seja reorientado.
4. Um braço robótico pode ser equipado com uma variedade de acessórios de impressão 3D, incluindo aqueles que permitem o uso de vários materiais de alimentação, como WAAM ou CBAM.

Quais são as desvantagens dos braços robóticos para projetos de impressão 3D?

A impressão 3D do braço robótico tem uma série de complicações e limitações, incluindo:

1. Usar um braço robótico acrescenta custos significativos, além de um sistema de fabricação aditiva que já é caro. A configuração combinada pode custar mais de US$ 100.000.
2. Complexidade.
3. A maioria das configurações de impressão 3D com braço robótico são montadas com o braço de um fornecedor especializado, o cabeçote de impressão de outro fornecedor e, potencialmente, o software de um terceiro. Não é comum nem fácil adquirir uma solução completa de um único fornecedor. Isto introduz alguma dificuldade na integração das diferentes plataformas.

Quais são as diferentes soluções dos fabricantes de impressão 3D para braços robóticos?

Geralmente, existem fabricantes de braços robóticos que fornecem os robôs e colaboram com organizações de impressão 3D. Depois, há os parceiros de tecnologia de impressão 3D, que desenvolvem a sua abordagem específica à fabricação aditiva, com a ajuda dos fornecedores de braços robóticos. Listados abaixo estão alguns dos diferentes fabricantes de impressão 3D de braços robóticos:

1. ABB

ABB é uma grande empresa multinacional. A entidade preocupada em projetar e fornecer braços robóticos é a ABB Robotics. A ABB não fornece apenas robôs, mas também o popular software RobotStudio®, e colabora com organizações especializadas como a Massive Dimension para promover a tecnologia de impressão 3D.

2. KUKA

KUKA é uma empresa alemã de automação e robótica amplamente utilizada em impressoras 3D de braços robóticos. Também é especializada em robôs colaborativos para trabalhar ao lado de humanos. A KUKA fez parceria com outras equipes de impressão 3D, como a Orbital Composites, e seus robôs são usados ​​para diversas aplicações de impressão 3D.

3. Comau

Comau é um fornecedor italiano de automação e robótica. Está especialmente focada na integração de IoT e IA na operação de seus braços robóticos. Empresas terceirizadas de impressão 3D, como CEAD e Continuous Composites, usam braços robóticos Comau para fabricação.

4. O braço robótico da Hyperion Robotics

A Hyperion é originária de Helsinque, Finlândia, e está focada na indústria da construção. A empresa desenvolveu sua própria mistura de construção para extrusão em estruturas impressas em 3D, o que limita o teor de cimento e maximiza os resíduos reciclados.

5. CEAD

O CEAD está sediado em Delft, Holanda. É o único que se concentra na combinação de recursos de impressão 3D e fresamento CNC em uma única unidade. O AM Flexbot do CEAD, em particular, está encontrando muitas aplicações como uma única estação de fabricação.

6. Série DXR da Weber Additive

A Weber Additive da Alemanha é conhecida por sua série DXR de impressoras 3D de braço robótico. Eles usam uma extrusora para fabricação aditiva com polímeros.

7. Compostos Orbitais

A Orbital Composites foi pioneira na indústria de impressão 3D de braços robóticos. Sua Orbital S foi a primeira impressora 3D robótica em escala industrial e tem uma velocidade impressionante de 2 m/s.

8. Dimensão enorme

A Massive Dimension concentra-se na impressão 3D em grande escala e fornece células de impressão robótica prontas para uso. Sua tecnologia concentra-se na extrusão de pellets de polímeros.

9. Pulsar Dyze Design

O Pulsar™ da Dyze Design é um sistema de fabricação aditiva por extrusão de pellets em larga escala com a intenção de gerenciar uma variedade de condições operacionais. Com proteção térmica, circuito de resfriamento de água e vários tamanhos de bico, a Pulsar é capaz de imprimir com uma variedade de polímeros diferentes.

10. MX3D

MX3D da Holanda é amplamente conhecido pela impressão 3D de uma ponte pedonal de aço, atualmente instalada em Amsterdã. A MX3D tem como foco a impressão de metais utilizando a tecnologia WAAM, e chegou ao ponto de desenvolver um software próprio dedicado para esse fim.

11. Compostos Contínuos

A Continuous Composites demonstrou sucesso com sua tecnologia patenteada de impressão em fibra de carbono CF3D. A empresa foi contratada pela NASA para produzir componentes para uso no espaço.

12. Tecnologia de filial

A Branch Technology concentra-se em estruturas de impressão 3D, como um pavilhão totalmente impresso em 3D em Nashville. A empresa trabalha em conjunto com arquitetos e designers para impulsionar a aplicação da impressão 3D em edifícios.

Como funciona um braço robótico para impressão 3D?

Um braço robótico para impressão 3D funciona de maneira muito semelhante a um braço robótico industrial típico, exceto que uma cabeça de impressão é instalada na extremidade do braço. O braço do robô possui múltiplas articulações, cada uma proporcionando alguma liberdade de movimento, proporcionando no total controle de cinco ou seis eixos. O robô é então capaz de mover, inclinar e posicionar o cabeçote de impressão em uma variedade de posições possíveis. Desta forma, o braço do robô move a cabeça de impressão sobre um componente para imprimir múltiplas camadas e contornos.

Quais são as opções de software para impressão 3D de braço robótico?

O software para impressão de braço robótico concentra-se no cálculo do caminho ideal que a cabeça do robô deve percorrer para imprimir o modelo com precisão. Abaixo estão três opções populares de software:

1. RobotStudio ® Impressão 3D PowerPac da ABB: O software é capaz de gerenciar diversos processos de fabricação aditiva, como soldagem ou impressão com grânulos. Toda a impressão pode ser simulada e visualizada no RobotStudio®, antes de ser enviada ao robô real para construção.
2. AdaOne da ADAXIS: O software de planejamento de trajetória é capaz de trabalhar com diversas marcas de robôs diferentes e sua linguagem de programação interna. Pode funcionar com vários materiais de impressão.
3. MetalXL do MX3D: Este software é específico para WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing), que é o foco do MX3D. Inclui módulos para viabilidade de impressão e planejamento de caminho, simulação e controle da impressão e análise pós-impressão.

Perguntas frequentes sobre braços robóticos para impressoras 3D

Quanto tempo poderia durar um braço robótico para impressão 3D?

Espera-se que os braços robóticos de impressão 3D tenham uma vida útil de cerca de oito anos. Isto se baseia na vida útil atual dos braços robóticos articulados industriais usados ​​em vários setores. Esses robôs podem estar em operação útil por até 20 anos. No entanto, a sua aplicação na impressão 3D ainda é bastante recente e está em intenso desenvolvimento, pelo que estes ciclos de vida mais longos são menos prováveis. Além disso, embora o robô ainda possa estar funcionando bem após oito anos, o maquinário de impressão 3D montado na extremidade do braço robótico provavelmente não terá tanta longevidade. Isto deve-se tanto ao seu desenvolvimento recente como também porque podem tornar-se irrelevantes devido ao ritmo acelerado da evolução tecnológica.

Um braço robótico é capaz de imprimir casas?

Não, os braços robóticos articulados típicos não são capazes de imprimir casas. As impressoras 3D de braço robótico possuem volume de impressão limitado, definido pelas dimensões do braço e pela distância da base fixa. Portanto, as impressoras 3D de braço robótico geralmente só são capazes de imprimir componentes, que podem então ser montados em objetos maiores, como edifícios. As impressoras 3D de grande escala capazes de imprimir casas são versões especializadas de uma impressora 3D tipo pórtico, onde uma estrutura maior é erguida para poder cobrir um volume de impressão grande o suficiente para uma casa.

Um braço robótico tem área de impressão limitada?

Sim, um braço robótico tem uma área de impressão limitada. A maioria dos braços robóticos tem uma base estacionária e, portanto, tem um alcance em torno dessa base que é limitado pelo comprimento do braço. Na impressão 3D, esse alcance fica em torno de 1,5 m. Alguns braços robóticos foram montados em trilhos – isso adiciona uma área adicional de impressão nessa direção. Contudo, por natureza, a área imprimível ainda é limitada pelo alcance prático do braço robótico.

Os braços robóticos dependem de software 3D para qualidade?

Sim, os braços robóticos dependem do software 3D para a qualidade da peça impressa final. A impressão 3D em grande escala é incrivelmente complexa e o movimento do braço robótico deve ser cuidadosamente controlado pelo software. Dependendo do material que está sendo impresso e de suas características de encolhimento com temperatura e umidade, o software que controla a impressão precisará ser capaz de modelar esse encolhimento. Além disso, o software precisa modelar com precisão a peça em desenvolvimento à medida que ela é construída, para garantir que o braço robótico não colida com a construção à medida que ela cresce. O software que não consegue modelar com precisão as características do material alimentado à medida que ele se solidifica não fornecerá uma boa qualidade final – independentemente da precisão de movimento que o braço robótico é capaz.

Qual é a diferença entre um braço robótico e um sistema de pórtico para impressão 3D?

Existem várias diferenças entre um braço robótico e um sistema de pórtico para impressão 3D. A primeira diferença é que um braço robótico é capaz de se mover em seis eixos, enquanto um sistema de pórtico só é capaz de se mover em três eixos. Isto também significa que os braços robóticos são mais adequados para imprimir itens curvos e esféricos, enquanto os sistemas de pórtico são mais adequados para impressões cúbicas. No entanto, os sistemas de pórtico são capazes de imprimir unidades maiores do que os braços robóticos. A precisão geral dos sistemas de pórtico também tende a ser melhor do que a dos braços robóticos. Os braços robóticos têm uma precisão pontual muito boa (em um ponto final específico), mas sua precisão ao longo de um caminho de deslocamento ainda está sendo melhorada. Para obter mais informações, consulte nosso guia sobre braço robótico versus sistema de pórtico para impressão 3D.

Resumo

Este artigo apresentou o braço robótico da impressora 3D, explicou o que é e discutiu suas diversas aplicações. Para saber mais sobre braços robóticos para impressoras 3D, entre em contato com um representante da Xometry.

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1. RobotStudio® é uma marca registrada da ABB AB, Västeras, Suécia
2. Pulsar™ é uma marca registrada da Dyze Design Inc., LeMoyne, Quebec

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Dean McClements

Dean McClements é graduado em Engenharia Mecânica com mais de duas décadas de experiência na indústria de manufatura. Sua jornada profissional inclui funções significativas em empresas líderes como Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace e Hyster-Yale, onde desenvolveu um profundo conhecimento de processos e inovações de engenharia.

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