Do Projektu iAutomatyka dołączyli:

ROBOT KROKI – Drukujemy pierwszą przekładnię cz.4

autor: Rafał.

Artykuł z serii: "KROKI" - Robot przemysłowy, zbudowany na biurku


W ostatnim odcinku miałem przyjemność przybliżyć wam trochę technologię druku 3D. W związku z czym, w tym odcinku chciałbym przedstawić praktyczne zastosowanie tej technologii.

W dzisiejszej części pokażę wam etapy druku piątej osi oraz chwytaka naszego robota. Myślę, że może to być ciekawa część, gdyż właśnie dla tej osi po raz pierwszy musiałem się zmierzyć z wydrukowaniem przekładni. Przekładnia oczywiście nie mogła powstać z tego samego materiału, co reszta konstrukcji, ze względu na niską odporność na ścieranie oraz stosunkowo wysoki współczynnik tarcia. Z tego też powodu musiałem poszukać innego filamentu, który zaspokoiłby moje potrzeby.

Projekt

Przed przystąpieniem do druku, musimy wykonać modele elementów, które chcemy wydrukować. Nie wiem, czy wspominałem wcześniej, ale w moim przypadku pełen model robota nadal nie powstał. Czemu? Wynika to z mojego małego doświadczenia konstruktorskiego. Wiele rzeczy wymaga późniejszych modyfikacji, a niejednokrotnie modyfikacja jednego elementu wpływała na konieczność naniesienia zmian także na kolejne elementy. Z tego też powodu postanowiłem, że robot będzie powstawał etapami. Podzieliłem cały projekt na segmenty. Projektuję jeden z nich, drukuję, a następnie montuję i sprawdzam, czy wszystko pasuje tak jak powinno i czy pomysły powstałe w trakcie projektowania sprawdzają się w praktyce. Po wykonaniu pierwszego segmentu projektuję kolejny, drukuję i również sprawdzam jego poprawność i kompatybilność z poprzednim. Taki sposób działania pozwala mi przede wszystkim na oszczędność filamentów, z których drukowane są modele. Przypuszczam, że kolejne moje projekty mogłyby już powstać w całości najpierw w formie komputerowego projektu, a następnie w całości wydrukowane i złożone. Wiem już bowiem jakie możliwości ma druk 3D. Wiem jakie rozwiązania są dobre, a jakich lepiej unikać. Jednak ten projekt jest moim pierwszym, więc nie dziwcie się, że nadal nie udostępniłem nigdzie pełnego modelu 3D mojego robota.

Wracając jednak do tematu tej części: jako moją bazę posiadałem goły korpus łączący czwartą i piątą oś. Korpus ten powstał wcześniej, gdyż jego wymiary podyktowane były wcześniej powstałym ramieniem robota.

Mając już bazę musimy pomyśleć jakie w ogóle funkcjonalności ma posiadać nasza 5, ostatnia oś. W moim robocie jest to oś obrotu chwytaka i chciałbym, by nie była ona skrępowana, jeśli chodzi o możliwy kąt obrotu. Musi się ona obracać o dowolną ilość razy. Problemem jest tu jednak sam chwytak, którego napędem będzie modelarski serwomechanizm. Jego podłączeniem są trzy przewody – +5V, GND oraz sygnał PWM. Pierwsza myśl? Złącze obrotowe!

W jednym ze sklepów kupiłem kiedyś 6-przewodowe złącze obrotowe, które obecnie sprawdzi się idealnie. Pozostają mi nawet trzy wolne przewody, które w późniejszym etapie projektowania, postanowiłem wykorzystać do czujnika zerowania osi.

Kolejnym ważnym elementem tej osi jest układ przeniesienia napędu. Wiedząc, że miejsce na tworzoną przekładnie mam ograniczone, a tym samym pamiętając, że w układ ten muszę wkomponować także złącze obrotowe, postanowiłem, że w osi tej wykorzystam przekładnię planetarną. Jest ona stosunkowo prosta do wykonania, a jej zalety to małe wymiary w stosunku do uzyskanego przełożenia. Liczbę zębów poszczególnych kół zaczerpnąłem z przekładni, którą kiedyś już drukowałem. Zmodyfikowałem jedynie moduł zębów, by dopasować jej wielkość do przestrzeni, którą dysponuję.

Mając już model przekładni musiałem jedynie zaprojektować jej korpus. Musiałem oczywiście uwzględnić łożyskowanie tej osi, miejsce mocowania serwomechanizmu modelarskiego oraz sposób wyprowadzenia przewodów ze złącza obrotowego. Co z tego wyszło? Taka konstrukcja:

Drukowanie

Mając już model, mogłem wreszcie przystąpić do drukowania kolejnych elementów. Większość modeli wydrukowana została z PLA, więc nie miałem z nimi najmniejszych problemów.

Modele te przedstawiają gniazda pod łożyska, podstawę serwomechanizmu wraz z czujnikiem zerowania oraz osłonę serwomechanizmu z zespolonymi podporami pod prowadnicę liniową dla szczęk chwytaka.

Mimo ilości i wielkości tych modeli wszystkie je udało mi się wydrukować wciągu jednego dnia. Wszystkie te modele wydrukowały się poprawnie już za pierwszym razem, więc spokojnie mogłem przejść do kolejnego, ciekawszego etapu.

Nylon

Elementy z PLA wydrukowane, więc pora wziąć się za coś trudniejszego.

Od razu muszę uprzedzić, że jest to mój pierwszy kontakt z tym filamentem. Wszystko co wiem, to informacje znalezione w Internecie. Mimo wszystko postanowiłem spróbować swoich sił z tym materiałem, gdyż jest to jedna z najlepszych opcji, jeśli chodzi o materiał dla kół zębatych i innych elementów przenoszących duże obciążenia mechaniczne.

Nylon, który posiadam dostarczyła firma NOCTUO. Mając kontakt z innymi filamentami tej marki wiedziałem, że nie muszę się martwić o jakość dostarczonego nylonu, a jedyne problemy jakie mogłem napotkać związane będą z moją drukarką i moimi umiejętnościami.

W programie do cięcia modeli musiałem dokonać pewnych korekt. W odróżnieniu od PLA nylonem drukujemy ze znacznie wyższymi temperaturami. Początkowo temperaturę stołu ustawiłem na 90°C, a temperaturę głowicy na 240°C. Oprócz zmiany temperatury zmieniłem także prędkość druku. Prędkość ustawiłem na około 25% prędkości przy której drukowałem elementy z PLA. Po takich zmianach postanowiłem puścić wydruk i zobaczyć co z tego wyjdzie.

Już przy 230°C z głowicy zaczęły wydobywać dziwne odgłosy. Jednak brak znajomości nylonu nie wywołał u mnie żadnych podejrzeń i dalej kontynuowałem wydruk. Głowica osiągnęła zadaną temperaturę i rozpoczął się druk.

Pierwsza warstwa położona została wzorowo. Obawiałem się tego etapu, gdyż z wielu źródeł wiedziałem, że w przypadku nylonu pierwsza warstwa bywa najgorsza – nylon słabo klei się do szklanego podłoża i nie raz trzeba się dobrze nagimnastykować, by go to tego zmusić. W moim przypadku, dzięki zastosowaniu sprayu „Dimafix” nie miałem w ogóle tego problemu.

Po około godzinie moim oczom ukazało się gotowe koło zębate. Po około godzinie? – Tak, koło zębate, o średnicy 28mm i wysokości ledwo 16mm drukowało się godzinę! Wynika to z faktu, iż nylon jest także bardzo wymagający jeśli chodzi o połączenie pomiędzy jego poszczególnymi warstwami. Maksymalne zmniejszenie prędkości pomaga zniwelować ten problem i pozwala na dobre połączenie warstw. Prędkość jednak to nie wszystko i efekt pierwszego wydruku jest niestety bardziej niż niezadowalający. Model się wydrukował, lecz jego forma nie pozwala na jakiekolwiek zastosowanie.

Cały wydruk jest mocno rozwarstwiony, a sama powierzchnia wydruku również pozostawia wiele do życzenia. Pierwsza diagnoza – za niska temperatura. Na rozwarstwianie olbrzymi wpływ ma temperatura. Zbyt niska nie pozwala na przetopienie się poszczególnych warstw i co za tym idzie,  na odpowiednie ich połączenie. Zwiększam więc temperaturę do 250°C i jedziemy dalej.

Kolejny wydruk jest już znacznie lepszy. Rozwarstwienie jest już znacznie mniejsze, a nawet sama powierzchnia wydruku wydaje się gładsza. Jednak w czasie wydruku zauważyłem pewną nietypową rzecz. Po rozgrzaniu głowicy, filament samoczynnie zaczyna się wydostawać z dyszy. Nie jest to wynik grawitacyjnego wypłynięcia tworzywa, gdyż filament zaczyna wydostawać się z dyszy już przy niższych temperaturach, gdzie tworzywo nie jest dostatecznie plastyczne. Oprócz tego, filament wydostający się na zewnątrz nie przyjmuje formy równej żyłki, lecz jest on bardzo „poszarpany”. Chwila zastanowienia, przypomnienie sobie informacji znalezionych kiedyś w Internecie i chyba mamy kolejną diagnozę – zawilgocony filament. Dziwne odgłosy, o których wspominałem już przed pierwszym wydrukiem, to po prostu wydobywająca się z filamentu woda. Pod wpływem temperatury zaczyna ona parować, a jedynie ujście jakie znajduje, to dysza w naszej głowicy.

Jak zatem wysuszyć filament w domowych warunkach? Najprostszą opcją jest kuchenny piekarnik. Nastawiamy go na około 80°C, by nie zniekształcić naszego filamentu i wkładamy szpulę do środka. Po około czterech godzinach, jeszcze ciepły filament zakładam do drukarki i ponawiam próbę wydrukowania koła zębatego.

Efekt? Prawie ideał. Wydruk nadal jest delikatnie rozwarstwiony, lecz kształt zębów jest już prawie idealny. Wysuszyliśmy dobrze filament, więc nie ma w nim już wody, która parując zniekształcałaby powierzchnię wydruku. Problemem jednak nadal pozostaje rozwarstwianie się. Producent filamentu zaleca rozgrzanie głowicy do temperatury między 245°C, a 260°C, więc podnoszę dalej temperaturę do 255°C, a temperaturę stołu ustawiam na 100°C. Przed kolejnym wydrukiem, postanawiam także załączyć grzanie głowicy i stołu kilka minut przed uruchomieniem właściwego wydruku. Ma to na celu zwiększenie  temperatury otoczenia w zamkniętej komorze, co wydłuży czas stygnięcia filamentu. Powinno to zniwelować efekt rozwarstwiania się.

Efekt tych wszystkich zmian jest następujący:

Model w końcu wygląda tak jak powinien. Wszystkie warstwy są zwarte, a odwzorowanie zębów jest bardzo dobre. Mając pierwszy, dobry wydruk, natychmiast puszczam kolejne wydruki. Drukuję dwa pozostałe potrzebne modele tego koła zębatego i w ten oto sposób wcześniej wydrukowana podstawa z PLA zaczyna przypominać część przekładni planetarnej.

Mając pierwszy, dobry wydruk, natychmiast biorę się za kolejne. Tym razem za cel biorę koło centralne. Jest ono najmniejsze ze wszystkich kół mojej przekładni, więc już na wstępie przyjąłem, że nie powinienem mieć z nim problemów.

Niestety, jak to zwykle bywa, pierwsza próba wydruku nie poszła zbyt dobrze. Okazało się, że koło to jest na tyle małe, że temperatura głowicy ustawiona na 255°C jest tym razem zdecydowanie za duża. Na modelu pojawiły się liczne przebarwienia, które wskazują na przegrzanie naszego filamentu. Kolejną próbę wykonałem po zmniejszeniu temperatury głowicy, do wartości 250°C. Różnica 5°C pozwoliła pozbyć się przebarwień, a sam model wyszedł idealnie.

Ostatnim modelem, który chciałem wydrukować z nylonu jest koło wieńcowe. Pamiętając ile trudności przyniosło mi wydrukowanie poprzednich modeli, wiedziałem, że nie będzie łatwo. Tym bardziej, że model tego koła był bardzo skomplikowany. Jest wysoki i jednocześnie posiada stosunkowo cienkie ścianki. Już przed samym wydrukiem obawiałem się efektów, ale przecież trzeba spróbować.

Pierwsza próba wydruku nawet nie została zakończona. Widząc, że już sam początek wydruku zaczyna się rozwarstwiać, postanowiłem przerwać wydruk, by nie marnować filamentu. Kolejne próby obejmowały różne kombinacje temperatur głowicy i stołu. Jednak żadne z tych działań nie przyniosło oczekiwanego rezultatu.

W końcu wpadłem na pomysł, że może nie będę drukował całego tego elementu z nylonu, lecz wydrukuję z niego samą część koła zębatego. Siedzisko pod to koło wydrukuję z PLA, a obydwa te elementy skręcę. Pomysł był dobry, gdyż nowy model koła był znacznie mniejszy od poprzedniego. Wydawało mi się, że uzyskanie dobrej jakości druku na takim modelu będzie znacznie prostsze niż poprzednio.

Niestety z tym modelem również miałem wiele problemów. Cała walka z kołem wieńcowym trwała prawie tydzień. Stosunkowo dobre efekty uzyskiwałem jedynie wtedy, gdy zaczynałem ogrzewać komorę mojej drukarki długo przez właściwym drukiem. Jednak nawet to nie pomogło uzyskać wydruku idealnego.

Mój końcowy werdykt przestawia się następująco – model, który chciałem wydrukować ma bardzo nietypowy kształt. Ma dużą średnicę, więc druk każdej warstwy trwa bardzo długo. Model prawdopodobnie za bardzo wychładza się pomiędzy kolejnymi warstwami, a duże różnice temperatur powodują jego rozwarstwienie i zniekształcenia. Efekt ten niwelowało podgrzewanie zamkniętej komory drukarki, lecz brak kontroli nad temperaturą tej komory uniemożliwiał dobranie właściwych parametrów druku.

Patrząc na zalecenia producenta, jedną z możliwości jest także dalsze zwiększanie temperatury stołu. Jest to jakieś rozwiązanie, lecz w moim przypadku jest ono niemożliwe do zrealizowania. Drukarka, którą posiadam nie może rozgrzać stołu do temperatury wyższej niż 100°C, więc proponowane przez producenta  110°C jest w moim przypadku nieosiągalne.

Ostatecznie postanowiłem, że koło wieńcowe wydrukuję z PLA. Przekładnia piątej osi nie jest aż tak kluczowym elementem mojego robota. Siły, które będą działać w czasie obrotu chwytaka będą na tyle małe, że wytrzymałość mechaniczna PLA bez najmniejszego problemu powinna wystarczyć. Tym bardziej, że zmodyfikowałem lekko model i zwiększyłem grubości ścianek.

Wydruk z PLA oczywiście wyszedł idealny. Jest to materiał, który znam na tyle dobrze, że już pierwsze podejście do tego modelu powiodło się.

W przypadku tej osi mogłem wydrukować koło zębate z PLA, lecz przy innych osiach nie będzie to już możliwe. Druga i trzecia oś będą przenosiły ogromne obciążenia i wydruk z PLA mógłby tego nie wytrzymać. Mam pewien pomysł, by zmienić całkowicie typ wykorzystywanej przekładni, ale co z tego wyjdzie? Zobaczymy.

Montaż

W ten oto sposób mamy już wszystkie elementy, które wchodzą w skład piątej osi oraz mechanizmu zamykania i otwierania chwytaka. Teraz możemy przystąpić do jej montażu, lecz ze względu na długość procesu montażu tej osi oraz chęć pokazania wam również testów jej działania, postanowiłem, że te czynności opiszę już w kolejnej części.

Tymczasem, zabieram się również za projekt elektroniki podtrzymującej pozycję z enkoderów, by kolejne odcinki serii móc zrobić właśnie w tym temacie. Jestem bowiem świadom, że druk 3D nie każdego może interesować. Natomiast pewne podstawy algebry Boole’a, znajomość elektronicznych układów kombinacyjnych oraz sekwencyjnych na pewno zainteresują każdego automatyka.

Dziękuję za śledzenie postępów mojego projektu i serdecznie zapraszam na kolejne części. Mam nadzieję, że w najbliższym czasie będę miał do dyspozycji więcej wolnych chwil, które mogę przeznaczyć na tworzenie tej konstrukcji i szybko przejdziemy z etapu budowy mechaniki do etapu stricte związanego z Automatyką.

Podziękowania

Projekt robota wydrukowanego w 3D „KROKI” koordynowany jest przez Zespół iAutomatyka.pl. W wyniku współpracy z firmami z branży udało się pozyskać wiele materiałów i urządzeń niezbędnych do ukończenia projektu. Szczególne podziękowania kierujemy do następujących firm:

 Firma Rittal dostarczyła do projektu robota „KROKI” wysokiej jakości obudowę szafy elektrycznej oraz niezbędne komponenty montażowe.

https://www.rittal.com/

 

Firma WAGO dostarczyła komponenty łączeniowe, złączki, zabezpieczenia i akcesoria montażowe.

http://www.wago.pl/

 

Dzięki uprzejmości Centrum Szkoleniowego EMT-SYSTEMS Rafał Lelito miał możliwość odbycia szkolenia z Programowania Robotów Kuka. Zobacz relację z tego wydarzenia.

http://emt-systems.pl/

 Firma IGE+XAO GROUP zapewniła pełne oprogramowanie See Electrical do projektowania schematów elektrycznych.

Pobierz za darmo: http://www.ige-xao.com/

 Firma NOCTUO dostarczyła część filamentów jako materiał do druku 3D części robota „KROKI”.

http://www.noctuo.pl/

 

 Firma EATON dostarczyła dotykowy panel HMI serii XV-300

https://www.moeller.pl/

 

Rafał Lelito


Więcej z serii: "KROKI" - Robot przemysłowy, zbudowany na biurku


24 września 2018 / Kategoria: , ,

Reklama

Newsletter

Zapisz się i jako pierwszy otrzymuj nowości!

Zapoznałem się i akceptuję klauzulę informacyjną.



.

NAJNOWSZE PUBLIKACJE OD UŻYTKOWNIKÓW I FIRM

>KLIKNIJ<

Jak zabezpieczyć swój system Smart Home? Przewodnik krok po kroku

Jak zabezpieczyć swój system Smart Home? Przewodnik krok po kroku

>KLIKNIJ<

Jak wykonać bardziej przejrzystą rozdzielnię domową?

Jak wykonać bardziej przejrzystą rozdzielnię domową?

>KLIKNIJ<

Logistyka zakładowa w standardzie I4.0: System ActiveShuttle z zaawansowaną interakcją jest teraz bardziej bezpieczny i elastyczny

Logistyka zakładowa w standardzie I4.0: System ActiveShuttle z zaawansowaną interakcją jest teraz bardziej bezpieczny i elastyczny

>KLIKNIJ<

Przyspiesz proces kompletacji zamówień! – studium przypadku ELESA+GANTER

Przyspiesz proces kompletacji zamówień! – studium przypadku ELESA+GANTER

>KLIKNIJ<

Do czego mogą służyć skrypty w panelu operatorskim?

Do czego mogą służyć skrypty w panelu operatorskim?

>KLIKNIJ<

To już ostatnie dni konkursu z programem Simultus! Nie zwlekaj!

To już ostatnie dni konkursu z programem Simultus! Nie zwlekaj!

>KLIKNIJ<

Obniż swoje rachunki za ogrzewanie za pomocą tego małego termostatu!

Obniż swoje rachunki za ogrzewanie za pomocą tego małego termostatu!

>KLIKNIJ<

Efektywniejsze maszyny pakujące dzięki Trio Motion Technology

Efektywniejsze maszyny pakujące dzięki Trio Motion Technology

>KLIKNIJ<

SLG-2 czyli kompaktowa kurtyna optyczna mogąca wykryć obiekty o grubości 1 mm !!

SLG-2 czyli kompaktowa kurtyna optyczna mogąca wykryć obiekty o grubości 1 mm !!

>KLIKNIJ<

WAGO IO SYSTEM – Komunikacja z urządzeniem IO-Link za pomocą modułu master IO-Link 750-657

WAGO IO SYSTEM – Komunikacja z urządzeniem IO-Link za pomocą modułu master IO-Link 750-657

>KLIKNIJ<

Perspektywy rozwoju rynku robotów współpracujących

Perspektywy rozwoju rynku robotów współpracujących

>KLIKNIJ<

Piec obrotowy z systemem automatyzacji firmy akYtec

Piec obrotowy z systemem automatyzacji firmy akYtec

>KLIKNIJ<

Od prostych do kompleksowych rozwiązań

Od prostych do kompleksowych rozwiązań

>KLIKNIJ<

Zobacz Przemysł 4.0 w praktyce! – Wywiad z Tomaszem Dawid z firmy Balluff

Zobacz Przemysł 4.0 w praktyce! – Wywiad z Tomaszem Dawid z firmy Balluff

>KLIKNIJ<

Relacja z 8. Konferencji VIX Automation

Relacja z 8. Konferencji VIX Automation

>KLIKNIJ<

WAGO I/O SYSTEM FIELD

WAGO I/O SYSTEM FIELD

>KLIKNIJ<

Efektywność na całej linii

Efektywność na całej linii

>KLIKNIJ<

MY AUTOMATYCY MAMY CIĄGŁE WYZWANIA! – VIII Edycja Technology Days 2021

MY AUTOMATYCY MAMY CIĄGŁE WYZWANIA! – VIII Edycja Technology Days 2021

>KLIKNIJ<

W pełni funkcjonalne zarządzalne switche Ethernet RocketLinx® dołączają do oferty produktów komunikacji przemysłowej

W pełni funkcjonalne zarządzalne switche Ethernet RocketLinx® dołączają do oferty produktów komunikacji przemysłowej

>KLIKNIJ<

Koncepcja inteligentnego kurnika z urządzeniami firmy akYtec GmbH

Koncepcja inteligentnego kurnika z urządzeniami firmy akYtec GmbH

Reklama



MOŻESZ SIĘ TYM ZAINTERESOWAĆ

  • Ten kurs zawiera podstawy z dziedziny serwomechanizmów. Składa się z pierwszego modułu wprowadzającego, pełnego kursu o serwomechanizmach. Mini kurs przeprowadzi Cię przez podstawowe zagadnienia związane z serwomechanizmami. Zaczniemy od sa...
  • Routery Ubiquity serii RK2x to rozwiązania zapewniające funkcjonalności zdalnego dostępu serwisowego, które mogą być użyte z dowolnym urządzeniem automatyki. Routery Ubiquity o symbolach RK20, RK21 i RK22, to modele umożliwiające zdalny ser...
  • ÖLFLEX® CLASSIC 110 – elastyczny przewód sterowniczy do różnych zastosowań, w płaszczu z PVC, aprobata VDE, odporność na oleje, 300/500 V, również do YSLY lub YY CPR: informacje pod adresem www.lapppolska.pl Certyfikat zgodności VDE z...
  • Przeznaczony do pracy na wolnym powietrzu EMC / ekranowany Zakres zastosowania Budowa instalacji przemysłowychBudowa maszynTechnika grzewcza i klimatyzacyjnaElektrownie Dla przemiennika częstotliwości zasilającego 3 – fazowe silniki A...
  • Wyświetlacz słupkowy ITP15 jest kompaktowym wskaźnikiem procesowym, który wizualizuje analogowy sygnał wejściowy w zakresie od 0 do 100% z 10 słupkami po 10%. Sygnałem wejściowym może być liniowy sygnał napięciowy 0 (2) -10 V lub sygnał prą...
  • Szybki i bezpieczny dostęp do maszyn i fabryk Usługa u-link gwarantuje szybki i bezpieczny dostęp do maszyn i fabryk, co ułatwia zdalne utrzymanie ruchu, jednocześnie pozwalając na wydajne zarządzanie zakładami produkcyjnymi i stacjami klie...



KATEGORIE ARTYKUŁÓW
POLECANE ARTYKUŁY
Wydarzenia