Maşini de fabricaţie aditivă de tip delta

Fabricatie aditiva

de Diana Popescu

Maşini de fabricaţie aditivă de tip delta
Tehnologia tip delta a fost inventată în 1985 de dr. Reymond Clavel, actualmente director al Laboratorului de Sisteme Robotice 2 al Ecole Polytechnique Federale de Laussane, Elveţia (menţionăm, în paranteză, că brevetul iniţial de robot delta a expirat în decembrie 2006 pentru Europa şi în decembrie 2007 pentru America de Nord), fiind folosită actualmente în diferite aplicaţii industriale, în construcţia roboţilor paraleli, a maşinilor-unelte sau a maşinilor de măsurat în coordonate cu configuraţie paralelă, ca şi a unor dispozitive haptice cu retur de forţă (Falcon de la firma Novint Technologies).
 
Începând cu anul 2012 această tehnologie este utilizată şi în fabricaţia aditivă, prima maşină din această categorie, denumită Rostock, avându-l drept creator pe Johann Rocholl. Spre deosebire de celelalte printere 3D care au o configuraţie în coordonate carteziene, Rostock are o configuraţie de tip delta. Capul de imprimare se deplasează în planul XY pentru a depune straturile de material, dar şi pe verticală (axa Z), pentru această variantă de maşină nemaifiind necesară deplasarea platformei pe care se construieşte obiectul. Spre deosebire de printerele carteziene la care cele 3 axe sunt perpendiculare unele pe celelalte, la printerele delta este vorba de 6 tije, grupate 2 câte 2, dispuse sub forma unui triunghi echilateral şi care se deplasează simultan pe verticală. Fiecare pereche de braţe este fixată central de un suport pe care este amplasată duza de extrudare. Prin urmare, capul de extrudare are 3 grade de libertate de tip translaţie, cele 3 grade de libertate de tip rotaţie care se pot obţine din configuraţia delta fiind, în acest caz, anulate de paralelismul tijelor. Astfel, varianta iniţială concepută de J. Rocholl este formată din 3 mecanisme de tip paralelogram care se deplasează pe verticală folosind mecanisme de tip şurub-piuliţă. Cadrul sau structura suport a maşinii este din aluminiu şi constă din 3 coloane verticale de lungime egală cu 762mm. Printer-ul 3D Rostock are un spaţiu de lucru de 200x200x400mm, o viteză de poziţionare de până la 800mm/s pe toate cele trei direcţii şi are în componenţă mai puţin de 200 de piese, ceea ce îl face să fie o variantă atractivă pentru hobbyşti (deşi unii dintre aceştia consideră că timpul de construire este totuşi mare din cauza structurii cinematice mai complicate decât la printerele carteziene). Platforma încălzită pe care se construieşte piesa are o formă pătrată cu dimensiuni de 200x200mm.
 
O altă particularitate constructivă a maşinii Rostock este aceea că motorul folosit pentru extrudarea filamentului este montat fix pe suportul maşinii, iar filamentul este împins în duză printr-un tub, într-o construcţie de genul cablului lui Bowden.
Materialul de construcţie folosit de maşina Rostock este PLA procedeul obţinut pentru construirea straturilor fiind Fused Filament Fabrication (FFF), adică prin extrudarea filamentelor de material. Motoarele de acţionare sunt amplasate la baza maşinii, ceea ce îi conferă stabilitate, dar principalul avantaj, credem noi, este legat de viteza de construire a obiectelor, această maşină fiind de 3-4 ori mai rapidă decât alte printere 3D cum ar fi Prusa Mendel sau Printrbot.
Analizând opiniile celor care au cumpărat, asamblat şi testat o astfel de maşină, se desprind concluzii legate de avantajele soluţiei (viteza de depunere a materialului şi precizia de poziţionare fiind menţionate de utilizatori), în timp ce dezavantajele sunt legate, în principal, de dificultatea calibrării şi de faptul că gabaritul pe verticală este foarte mare pentru a permite mişcările duzei în planul XY. Preţul unui kit Rostock este de 500 de dolari. Informaţii detaliate (sursele hardware şi software) referitoare la construcţia Rostock se pot găsi pe site-ul RepRap (www.reprap.org).
Actualmente, numărul de variante şi producători de astfel de printere 3D tip delta este mare şi în creştere (pentru cei interesaţi, există şi un grup de discuţii pe acest subiect, http://groups.google.com/group/deltabot?hl=en), fiind dezvoltate maşini ca Rostock Mini, Rostockmax, Rostock Prisma, Kossel, Kossel Mini, Kossel Pro, Cerberus, ProStock, Delta ORD Bot, Marlin Delta, SpiderBot Delta 3D, Delta Tower, DeltaMaker etc.
 
   Quantum Delta
 
 
 
   Capul de imprimare al mașinii SpiderBot Delta 3D
 
 
Aceste maşini diferă prin modul de realizare a mişcărilor necesare depunerii de material şi a mecanismelor de obţinere a acestor mişcări. Ca exemplu, în cazul maşinii de fabricaţie aditivă Quantum Delta, spre deosebire de variantele Rostock, platforma pe care se construieşte obiectul este cea care se deplasează atât în planul XY, cât şi pe Z pentru suprapunerea straturilor, duza de extrudare rămânând fixă. În cazul printer-ului 3D DeltaMaker sunt folosite ghidaje liniare pentru deplasarea capului de extrudare pe verticală. Cerberus, o altă maşină de fabricaţie aditivă tip delta disponibilă pe site-ul RepRap, are un spaţiu de lucru cilindric cu un diametru de 245mm şi o înălţime de 560mm, la o dimensiune pe verticală a structurii suport de 1042mm.
O variantă inovativă ca design este printer-ul delta 3D Simpson, aflat încă în fază de prototip, care nu are ghidaje liniare şi nici structură suport pentru deplasarea braţelor. De asemenea, Simpson se încadrează în categoria maşinilor RepRap, deoarece, cu excepţia componentelor standard (şuruburi, rulmenţi, componente electronice), toate celelalte componente pot fi fabricate folosind alte printere 3D.
 
    Rostock
 
   Simpson 3D Printer - prototip
 
În acest domeniu se desfăşoară, în continuare, cercetări în scopul reducerii singularităţilor din spaţiul de lucru, utilizându-se studii de cinematică directă şi inversă, similare cu cele din robotică. În acest context, deşi nu se încadrează în categoria maşinilor delta, ni se pare interesant să amintim şi de printerul RepRap Morgan, cu configuraţie de tip scara (mecanism cu 5 segmente) – capul de extrudare se deplasează în planul XY, iar platforma pe axa Z.
 
        DeltaMaker
 
Revenind la printerele delta, considerăm că DeltaMaker are design-ul cel mai comercial. Filamentele de material folosite au un diametru de 1.75mm, materialele fiind ABS sau PLA. Grosimea minimă a stratului este de 100microni, iar spaţiul de lucru cilindric are dimensiunile de 229mm în diametru şi 279mm înălţime. Cadrul suport al maşinii este din aluminiu, fiind acordată mai multă atenţie detaliilor şi finisajelor, ceea ce nu se întâmplă la variantele de printere delta de pe platforma RepRap. Preţul de vânzare al maşinii DeltaMaker este de 1.799 dolari, 1kg de filament costând 39 dolari.
Toate maşinile enumerate mai sus folosesc filamente de material, din acest motiv considerăm că este potrivit să prezentăm aici şi dispozitivul denumit Filabot care permite transformarea obiectelor din plastic în filamente (deci, se atinge şi componenta de reciclare), care pot fi folosite de toate printerele low-cost ce construiesc piese prin procedeul FFF. Ca şi în cazul altor sisteme/dispozitive/maşini din domeniul fabricării aditive a prototipurilor, Filabot s-a bazat pe platforma Kickstarter pentru strângerea fondurilor necesare producţiei. Finanţarea primită a fost de 32.330 dolari, adică de peste 3 ori suma cerută.
 
      Filabot
 
 
Filabot topeşte plasticul şi îl extrudează prin duze cu dimensiuni de 1.75mm sau 3mm. Dezavantajul evident al acestui dispozitiv este acela că, amestecându-se diferite tipuri de material plastic, nu există un control asupra proprietăţilor materialului obţinut, ceea ce, evident, influenţează calitatea obiectului final fabricat. Dar se pare că soluţia este pe placul hobbyştilor, fiind convenabilă financiar (350 de dolari) şi permiţând rezolvarea „in-house” a problemei materiei prime.
 
Încheiem prin a menţiona apariţia, în luna mai, a celui mai bine cunoscut şi avizat raport asupra fabricaţiei aditive pentru anul 2013. Este vorba de documentul elaborat de Terry Wohlers, de la Wohlers Associates http://wohlersassociates.com/, care, în cele 297 de pagini ale sale, prezintă stadiul la zi al acestei industrii, date statistice privitoare la numărul de maşini vândute, noutăţile producătorilor din anul precedent, noi procese şi aplicaţii, perspective, iniţiative de organizare în domeniu etc. Potrivit raportului, piaţa fabricaţiei aditive (aici incluzând produse şi servicii) a crescut cu 28,6% faţă de anul anterior (creşterea în 2012 a fost de 29,4%, iar în 2010 de 24,1%), ajungând la peste 2 miliarde de dolari. Wohlers Associates estimează o creştere până la 10 miliarde de dolari în 2021.

În ceea ce priveşte maşinile low-cost, cu preţ sub 5000 dolari, piaţa acestora este definită clar: hobbyşti, DIY (do it yourself), studenţi şi universităţi. Deşi numărul de astfel de maşini vândute este, în continuare, mare, s-a observat o scădere a acestuia în 2012 faţă de 2011.


Diana Popescu este dr. ing. Universitatea Politehnica București, Facultatea IMST, Departamentul Mașini și Sisteme de Producție



Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.

Da, sunt de acord