Digitaalinen valmistus

Teknologiademot on the Road

29.11.2016

CAM, Computer-aidedManufacturing

Koneistus: 3D-mallin käyttö työstökoneiden ohjelmoinnissa (CAM)• Ohjelmistoja käytetään erilaisten työstökeskusten ja

NC-sorvien ohjelmointiin

• Ohjelmat ”muuntavat” 3D-mallien geometrian NC-koodiksi, tyypillisesti G-koodiksi

• Ohjelmistoissa käytetään konekohtaisia postprosessoreita, jotka varmistavat, että ohjelman tuottama NC-koodi on yhteensopivaa juuri sitä käyttävän työstökoneen kanssa

• Haasteena on CAM-ohjelman tuottaman NC-koodin vaikea muokattavuus käsin

Levytyöstö: Leikkausratojen, lävistyksen ja nestauksen suunnittelu (CAM)

Levytyöstö: Leikkausratojen, lävistyksen ja nestauksen suunnittelu (CAM)

• Leytyöstökoneiden CAM-ohjelmistoilla suunnitellaan kappalekohtaiset ohjelmat:

– Lävistykset

– Laserleikkauksen radat

– Luukutukset (miten jäte- ja hyötypalat saadaan pois leikkauspöydältä)

• Nestauksella tarkoitetaan levyosien sijoittelua leikattavalle levylle, nesti siis käyttää kappalekohtaisia ohjelmia

3D-mallin käyttö 3D-koordinaattimittakoneen ohjelmoinnissa

Tuotannon simulointi

Tuotannon simulointi- Luodaan olemassa tai suunnittella olevasta digitaalinen 2D- tai 3D-malli

o Simulointimallilla voidaan tutkia järjestelmän käyttäytymistä eri tilanteissa ja erilaisilla parametreilla, ilman että todellisiin järjestelmiin joudutaan tekemään muutoksia.

o Usein simulointia käytetään kun tilanne on epämääräinen, jatkuvasti muuttuva tai niin monimutkainen, että analysointi muilla keinoin on vaikeaa.

o Yleisiä simuloinnin tavoitteita:

• Tuottavuuden ja kannattavuuden parantaminen.

• Kun halutaan tietää, miten muutokset vaikuttavat tuottavuuteen.

• Kun mitoitetaan tarvittavia resursseja.

• Kun suunnitellaan uutta layoutia.

• Kun vertaillaan eri vaihtoehtoja ennen investointipäätöksen tekemistä.

• Kun halutaan havainnollistaa prosessia ja eri tekijöiden vaikutuksia sen toimintaan.

• Kun selvitetään markkinoinnille sen tarvitsemia kustannus-, kate- ja toimitusaikatietoja sekä tehdään havainnollistamisaineistoa.

Tuotannon 3D-simulointia Tuotannon simulointia 2D-ympäristössä

- Rajaton mahdollisuus kokeiluihin ja erilaisiin analyyseihin- Riskien pienentäminen- Ei häiritse tuotantoa- Simuloinnilla pysytään huomioimaan vaihtelut (häiriöt, erot työskentelynopeuksissa,

tuotevirheet, eräkoot, …)- Muutosten tekeminen malliin suhteellisen helppoa- Simulointimalli on monesti havainnollisempi ja helpommin ymmärrettävissä, kuin

esim. matemaattinen malli- Simulointimallin kehitysprosessi jo sinällään lisää ymmärrystä tarkasteltavan

järjestelmän toiminnasta.

- Fysiikkamallinnus uutena ominaisuutena

• Mahdollistaa materiaalivirran

fyysisen käyttäytymisen tutkimisen

tuotantolinjalla

• Kuvan simulaatiossa tutkitaan

laatikoiden käyttäytymistä

lavauslinjalla (Laatikot jumissa)

Fysiikkamallinnus

Tuotantoprosessin simulointi

- Robottisimulointi: Olemassa tai suunnitteilla olevan

robottisolun ominasuuksien tutkiminen 3D-malleihin

perustuvan simulaation avulla

• Ulottuvuustarkastelu

• Törmäystarkastelu

• Vaiheajat

• Työkalun suunnittelu

• Työpisteen ergonomian suunnittelu

• Koulutus ja markkinointi

Offline-ohjelmointi- Offline-ohjelmointi: Luodaan simulointimallin perusteella robottivalmistajakohtaiset

robottikoodit robottiohjaimeen

• Robottien seisokkiaikojen minimointi

• Ohjelmoinnin turvallisuus

• Ohjelman validointi ja testaus

• Laadun parantuminen ja vakiintuminen

• Robottisolun ohjauksen (PLC) suunnittelu ja testaus (Virtual Commissioning)

Robottikoodi robottiohjaimelleRobottisimulaatio

Muita sovellusalueita- Robottimaalauksen simulointi

• Voidaan määrittää maalisuihkun koko

• Voidaan tutkia maalausohjelman

peittävyyttä/ulottuvuutta

• Ohjelmisto maalaa kappaletta

reaaliaikaisesti

- Ergonomiasimulointi

• Ulottuvuustestaus

• Näkymän testaus

• Tilatarkastelut

• Ergonomiset rasitusanalyysit

AMAdditive Manufacturing

3D-tulostusAinetta lisäävä valmistus

3D-tulostus• Ainetta lisäävä valmistus on ainetta poistavan

valmistuksen, kuten jyrsinnän ja sorvauksen vastakohta

• Ainetta lisääviä valmistustekniikoita on monenlaisia

• Menetelmillä voidaan tulostaa kappaleita esimerkiksi muovista, keraamista ja metalleista

• Eri menetelmissä esimerkiksi muovisen tulosteen raaka-aine voi olla eri muodoissa, kuten: nauhana, jauheena tai nesteenä

• Muodon kappaleelle voi antaa esimerkiksi lämpö tai valo, jotka sulattavat tai kovettavat materiaalia

3D-tulostusmentelmiä• Materiaalin pursotus

– Yleinen ja suhteellisen yksinkertainen menetelmä. Hitaahko ja resoluutiota rajoittaa suuttimen halkaisija. ”Tyhjän päälle” tulostettavien kohtien tukena voidaan käyttää toista, esimerkiksi pois liuotettavaa materiaalia.

• Nesteen fotopolymerisaatio

– Altaassa oleva liuosmainen polymeeri kovetetaan valolla. Mallit ovat tarkkoja ja tulostus suhteellisen nopeaa mutta malleihin joutuu usein lisäämään kannattelevia tukirakenteita.

• Jauhepetimenetelmä

– Jauhemainen raaka-aine levitetään kerros kerrokselta ja kovetettavat kohdat ”kovetetaan” tyypillisesti laserilla. Jauhepeti toimii samalla mallin tukena.

• Sideaineruiskutus

– Ruiskutetaan sideainetta joka sitoo levitettäviä jauhekerroksia. Käytetään esimerkiksi valumuottien ja keernojen valmistuksessa.

• Materiaaliruiskutus

– Kuten nestesuihkutulostus mutta 3D:nä. Tulostuslaatu on hyvä mutta mekaaniset ominaisuudet heikot.

http://www.lboro.ac.uk/research/amrg/about/the7categoriesofadditivemanufacturing/

3D-tulostuksen prosessi1. 3D-tulostettavasta kappaleesta tarvitaan digitaalinen 3D-

malli.

– Malli voidaan mallintaa jossain CAD-ohjelmistossa.

– Mallin suunnitteluun on olemassa erilaisia tulostusmenetelmäkohtaisia ohjeita jotka määrittelevät esimerkiksi minimi aineenpaksuudet.

2. Malli avataan ohjelmistoon joka generoi 3D-tulostimen käyttämän tulostusohjelman, esimerkiksi G-koodina.

3. Ohjelma lähetetään tulostimelle joka tulostaa kappaleen.

4. Kappale viimeistellään/puhdistetaan esimerkiksi tyhjän päälle tulostuvia kohtia tukevista rakenteista tai tukimateriaalista.