6 осевой робот манипулятор на 3d принтере

Когда слышишь про 6 осевой робот манипулятор в контексте 3D-печати, первое что приходит в голову — это голливудские кадры с идеальными автоматами, которые печатают целые здания за пару часов. В реальности же большинство таких систем до сих пор борются с проблемой вибрации на длинных вылетах, и я сам потратил три месяца на переделку крепления экструдера для KUKA KR 6 R700.

Почему именно шестиосевые манипуляторы?

Если брать классические дельта-принтеры — они быстрые, но геометрию сложных деталей вроде турбинных лопаток не потянут. А вот 6 осевой робот манипулятор дает ту самую свободу, когда нужно положить материал под углом 45 градусов к криволинейной поверхности. Помню, как на тестовом образце для авиакомпании мы печатали армированные карбоном кронштейны — без пятой и шестой оси там бы вообще ничего не вышло.

Но есть нюанс: кинематика таких роботов требует пересчета G-кода в специальные ПО типа RoboDK. И если для стандартных задач хватает встроенных библиотек, то при печати металлополимерной нитью с подогревом камеры приходится вручную править постпроцессор — иначе на резких поворотах робот начинает 'задумываться' и появляются подтеки.

Кстати, именно здесь пригодился опыт коллег из ООО Гуанчжоу Колесо Мудрости Технолоджи — их наработки по системам навигации для AGV помогли нам адаптировать алгоритмы позиционирования для нестандартных траекторий печати.

Железо и софт: что действительно работает

Собирая первую систему, мы поставили сервоприводы от 6 осевой робот манипулятор Fanuc на самодельную раму — и получили люфт в 0.3 мм на консоли. Пришлось заказывать мотор-колеса у Гуанчжоу Колесо Мудрости Технолоджи — их решения для тяжелых AGV дали нужный запас по моменту, хотя для 3D-печати пришлось дорабатывать систему охлаждения.

Из софта стабильно работают только две связки: KUKA|prc для простых деталей и HAL Robotics Framework для сложных траекторий. Второй вариант дорогой, но когда нужно печатать архитектурные формы с переменной толщиной стенки — без него вообще никак. На одном из объектов в Дубае мы как раз использовали эту платформу вместе с системой лазерного сканирования от китайских коллег.

А вот с открытыми решениями типа ROS постоянно возникают проблемы — то драйверы под Windows криво встают, то с энкодерами начинаются рассинхроны. Пришлось написать свой патч для MoveIt, но это уже совсем другая история.

Реальные кейсы и подводные камни

В прошлом году мы делали прототип кузова для электрокара — печатали карбоном на алюминиевом каркасе. 6 осевой робот манипулятор ABB IRB 6700 справился, но пришлось ставить дополнительный стабилизатор на 4-ю ось — без него вибрация на скорости выше 50 мм/с приводила к расслоению.

Еще был забавный случай с клиентом из Германии — они хотели печатать мебель из переработанного пластика. Все шло хорошо, пока не выяснилось, что их робот манипулятор не может одновременно двигать ось и менять скорость экструзии. Пришлось экстренно переписывать макросы на C#, благо у Гуанчжоу Колесо Мудрости Технолоджи были готовые модули для подобных задач в их системах автоматической навигации.

Самое сложное — это калибровка. Даже с лазерными трекерами приходится по 2-3 часа выставлять нулевые точки, а если в цеху температура плавает больше чем на 5 градусов — все нужно переделывать заново.

Гибридные решения и будущее технологии

Сейчас тестируем систему где 6 осевой робот манипулятор работает в паре с 5-осевым ЧПУ — сначала печатаем заготовку, потом фрезеруем. Получается в 3 раза дешевле чем литье мелкосерийных деталей. Правда пришлось полностью перепроектировать систему охлаждения — стандартные вентиляторы не справлялись с алюминиевой пылью.

Из интересного — китайские партнеры из ООО Гуанчжоу Колесо Мудрости Технолоджи показывали свою разработку: мотор-колеса с системой активного гашения вибраций. Если адаптировать это для 3d принтера — можно будет печатать на скорости до 200 мм/с без потери качества. Но пока их прототип весит как половина нашего робота.

Думаю через пару лет появятся серийные решения — уже сейчас Universal Robots анонсировали комплект для аддитивных технологий, правда там пока только 3 оси реально работают.

Советы тем кто только начинает

Не повторяйте мою ошибку — не берите б/у роботы без тестовой печати. Я как-то купил 6 осевой робот манипулятор Kawasaki с пробегом 20 тысяч часов — и потом полгода бодался с люфтом в редукторах. Лучше взять новый компактный типа Epson C4 или Hanwha HCR5.

Обязательно ставьте камеру для мониторинга первого слоя — без нее даже с автоматической калибровкой бывают косяки. Мы используем простые USB-камеры с переделанным объективом — хватает для контроля.

И главное — сразу договоритесь с технологами о допусках. Для 3d принтера с манипулятором нормальная точность ±0.5 мм, а не ±0.1 как многие хотят. Если нужны жесткие допуски — лучше смотреть в сторону традиционных ЧПУ с аддитивными головками.

Кстати, если будете заказывать компоненты — посмотрите каталог на zhlun.ru, у них есть совместимые решения для систем позиционирования. Мы как раз брали у них энкодеры для последнего проекта.