В прошлом производство протезов и ортезов с использованием традиционных методов было долгим, сложным и, следовательно, дорогостоящим. Аддитивное производство обещает исправить это. Однако в практической среде ортопедических технологий быстро стало ясно, что установленные процессы аддитивной печати только с одной печатающей головкой были недостаточно экономичными, поскольку процесс изготовления занимал много времени и не отвечал ожиданиям медицинской профессии.
Сеть Pro-O-light столкнулась с проблемой улучшения этой ситуации вместе с Университетом прикладных наук Митвайды и партнерами из машиностроения и электротехники. В рамках проекта, финансируемого BMWI, должен был быть разработан новый принтер, который использует вращающийся рабочий стол и до четырех печатающих головок, работающих одновременно. Благодаря этому новому подходу могут быть достигнуты высокие рабочие скорости.
Картинная галерея
Менее чем за 60 минут до протеза
Поскольку печатающие головки работают только однонаправленно, можно разработать специальную геометрию сопла печатающей головки. При среднем использовании четырех печатающих головок протез может быть напечатан менее чем за 60 минут. Кроме того, новый процесс создает более легкий ортез с открытой, удобной структурой. Технология привода, за которую отвечает JAT (технология привода Jena), играет решающую роль.
Как работает 3D-принтер
Для достижения высокой скорости производства необходимо было использовать несколько печатающих головок одновременно и на средних расстояниях перемещения. Однако, поскольку они будут мешать их механическим направляющим во время процесса печати, необходимо было разработать новую технологию. Это состояло не в том, чтобы поместить заготовку на неподвижный стол или стол, который можно перемещать в направлении XYZ, как обычно, а в том, чтобы вращать его во время процесса печати. Поскольку геометрии уже имеют тангенциальное выравнивание сопла печатающей головки с заготовкой, могут быть достигнуты гораздо более высокие скорости печати.
Требования к трансмиссии
Специальная концепция привода печатающей головки требуется для достижения требуемой скорости процесса при печати протезов. Новый тип печати позволит увеличить скорость процесса в десять раз. Это требует одновременного использования нескольких головок и дополнительного увеличения скорости печати за счет разработки печатающей головки с новой геометрией сопла.
Одной из самых больших проблем было взаимодействие печатающих головок и их привода:
- Вопреки современному уровню техники печатающие головки не должны перемещаться в свое рабочее положение один за другим и выполнять там процесс печати, но в то же время позиционировать себя индивидуально относительно геометрии печати - столкновение печатающих головок невозможно.
- Таким образом, они помещаются на соответствующую касательную в нужное время, и нужное количество печатного материала выдавливается во время этого динамического процесса.
- Постоянно изменяющаяся область применения, различные скорости для соответствующей печатающей головки, связанный с этим расчет различных количеств материала и зависимость этих компонентов являются совершенно новым, но необходимым производственным подходом.
Система привода для чувствительных к цене приложений
Для достижения целевого показателя было принято решение использовать приводную систему Ecostep. Он особенно хорошо подходит для чувствительных к цене приложений, поскольку работает с многополюсным серводвигателем с обратной связью в виде энкодера. По сравнению с технологиями привода без регулятора закрытого положения достигается значительно более высокая динамика и эксплуатационная безопасность, поскольку нет риска, что двигатель потеряет свое положение. Контроллер привода также обеспечивает высокую связь с системами более высокого уровня, такими как ПЛК.
Подсказка для семинара
Участники базового семинара по сервоприводам изучают базовые знания о том, как оптимально параметризовать сервоприводы и как контролировать и контролировать функции в контроллерах движения.
Реализация приводов
- Механическая конструкция высокоскоростного ротационного 3D-принтера требует всего двенадцати дисков Ecostep.
- Приводы шпинделя используются для горизонтальной и вертикальной осей Y и Z, которые отвечают за гибкое позиционирование экструдера.
- Двигатель Ecostep из серии 23S21 с абсолютной обратной связью от энкодера.
- Привод того же типа также позиционирует поворотный стол.
- Четыре двигателя Ecostep типа 17H13 с инкрементными энкодерами используются для подачи материала в печатающие головки, специально разработанные для этого применения.
- Эти три оси интерполируются линейно. Алгоритм интегрирован в сервоусилитель Ecovario D114. Поскольку этот сервоусилитель представляет собой компактный двойной выходной каскад, шесть усилителей управляют двенадцатью двигателями.
Встреча пользователей технологии мехатронного привода
Основное внимание пользователей, использующих технологию мехатронного привода, уделяется механическим компонентам зубчатых колес, сцеплений и тормозов, а также их конструкции, размерам и взаимодействию в общей мехатронной системе.
Больше информации
Диски для высокодинамичных приложений
Для достижения наилучшего результата печати с точки зрения точности и скорости, важно, чтобы приводы были совместимы с Интернетом. Особенно в таких высокодинамичных приложениях приводы Ecostep демонстрируют свои сильные стороны, поскольку даже при колебаниях нагрузки благодаря обратной связи по положению точное отслеживание заданного пути гарантировано. Потому что с приводами Ecostep, аналогичными классическим, но и более дорогим сервоприводам, регулируется как скорость, так и положение.
На финишной прямой
Уже сейчас, примерно за полгода до окончания проекта, предполагается, что поставленные целевые критерии с точки зрения точности и динамики будут достигнуты. Тот факт, что инновационный процесс печати способствует лучшему медицинскому обслуживанию, делает их обязательства еще более ценными. Как это часто случается с проектами такого типа, в которых участвуют несколько действующих лиц, дьявол, в конечном счете, заключается в деталях и в координации действий между участниками. Прототипы уже проходят испытания на их практическую пригодность.