Témata
Zdroj: Micro-Epsilon

Vysoce přesná senzorika pro práškový 3D tisk

S rostoucími možnostmi aditivní výroby se výrobci 3D tiskových strojů stále více spoléhají na vysoce přesné bezkontaktní senzory, které měří řadu parametrů, jako je např. poloha, posun, náklon a teplota při tisku. Nejen v případě práškového tisku z kovových a dalších materiálů se se používají i 3D senzory, a to ke kontrole reálných rozměrů vytištěných dílů.

Reklama

Tisk ve 3D, známý také jako aditivní výroba, vznikl původně jako nástroj pro rychlou výrobu prototypů. V dnešní době se tento obor vyvinul na takovou úroveň, že se používá nejen k tisku vizuálně i funkčně použitelných prototypů, ale i finálních dílů pro přímé použití.

Díky vypršení platnosti patentů se rozšiřují i tiskové stroje pracující na principu spékání práškové vrstvy – nejčastěji kovové, ale i keramické či plastové. Právě v těchto tiskárnách se používá vysoce přesná senzorika Micro-Epsilon.

Sledování náklonu stěrky kapacitními senzory

Ke sledování polohy náklonu stěrky se používají kapacitní snímače vzdálenosti capaNCDT 6200. Dva synchronizované snímače měří s vysokým rozlišením oba konce stěrky a poskytují přesné informace o úhlu jejího naklonění. Tím je zajištěno rovnoměrné stahování vrstvy tiskového prášku, takže vrstvy konstrukce tištěného objektu jsou konzistentní.

Kapacitní snímače vzdálenosti monitorují polohu stěrky. (Zdroj: Micro-Epsilon)

Orientace a pozicování tiskové platformy

Při selektivním laserovém spékání (SLS) se tisková platforma po každém tavicím cyklu sníží o definovanou hodnotu, která odpovídá požadovanému rozlišení v ose Z. Indukční snímače vzdálenosti eddyNCDT 3005, založené na vířivých proudech, monitorují náklon této plošiny, aby bylo možné paralelně vyrovnávat tiskovou hlavu.

Snímače vzdálenosti wireSENSOR MK s navíjecím lankem se používají k průběžné kontrole vzdálenosti nosníků tiskové plošiny a ke korekci jejího náklonu. Snímače jsou namontovány mimo tlakovou komoru. Lanko je vedeno do tlakové komory pomocí kladek, díky čemuž je toto provedení vhodné i pro prostředí s vysokými teplotami a se zvýšeným výskytem prachu. Kompaktní snímače mají velké měřicí rozsahy, a mohou tedy detekovat naklonění i při velkých změnách polohy plošiny.

Ke sledování náklonu a výšky tiskové platformy se používají lankové snímače vzdálenosti. (Zdroj: Micro-Epsilon)

Polohování tiskové hlavy a nastavení ohniska pomocí konfokálních nebo laserových snímačů

Přesné polohování tiskové hlavy je nezbytné zejména pro 3D tisk složitých součástí a také pro tisk desek plošných spojů. Konfokální systémy confocalDT se používají ke kontrole polohy s přesností pod jeden mikrometr. Výhodou konfokální metody je odolnost vůči odleskům kovových materiálů, vysoká tolerance k úhlu sklonu a zároveň vysoká rychlost měření, vhodná i pro dynamické tlakové procesy.

Reklama
Reklama
Reklama

Místo konfokálních snímačů lze k nastavení tiskové hlavy použít i laserové snímače optoNCDT 1420. Výhodou oproti konfokální metodě je delší měřicí rozsah a nižší cena, naproti tomu nevýhodou je nižší přesnost a náročnější konstrukční umístění, které musí být takové, aby při měření nedocházelo k odleskům nebo zastínění triangulace.

Pro dosažení opakovatelných výsledků tisku se poloha tiskových hlav v ose Z kalibruje zcela automaticky. Za tímto účelem se tisková hlava přesune do definované polohy a spustí se ve směru osy Z. Indukční snímač induSENSOR DTA zaznamenává pohyb v ose Z s vysokou přesností. Zjištěné údaje o vzdálenosti se naučí řídicí jednotka, čímž je zajištěna přesnost tisku.

Monitorování teploty i výpočet dráhy robotu

K monitorování teplot se používají miniaturní pyrometry thermoMETER od společnosti Micro-Epsilon. Snímače jsou namontovány v tlakové komoře nad vrstvou tiskového prášku, kde zaznamenávají teplotu bez ohledu na to, jak daleko platforma momentálně je. Senzory provádějí měření s vysokou spolehlivostí i při vysokých okolních teplotách v prostoru instalace.

Pro výpočet dráhy robotu při opravných svařovacích procesech lze využít profilový skener. Laserové skenery scanCONTROL 3010 určují oblasti, které je třeba svařit. Díky vysokému rozlišení a frekvenci profilů umožňují tyto laserové skenery rychlé opravy.

Poloha tiskové hlavy v ose Z se kalibruje automaticky pomocí indukčního snímače LVDT. (Zdroj: Micro-Epsilon)

Porovnání vytištěné součástky s CAD zadáním

Za účelem sledování kvality výroby se vytištěné komponenty kontrolují pomocí profilových skenerů scanCONTROL – v provedení s modrým laserem se vyznačují lepší odolností vůči odleskům kovových dílů. Součástky se oskenují tak, že podjedou pod skenerem. Z laserových profilů se tak vytvoří 3D obraz, který se následně porovná s daty CAD.

Reklama

Ke kontrole rozměrové přesnosti vytištěných dílů se mohou použít také stacionární snapshot 3D skenery povrchu, které v podání společnosti Micro-Epsilon nesou označení surfaceCONTROL. Tyto skenery vytvářejí snímky s vysokým rozlišením, a to ve velmi krátkém čase.

Za zmínku stojí rovněž výkonný software 3DInspect, který vyhodnocuje mračna bodů. Z těchto mračen vytváří výstupy, které je možno vyhodnocovat stylem OK/nOK na základě zadaných tolerancí.

NA CO MUSÍ ŠPIČKOVÝ VÝROBCE SENZORIKY DBÁT Z HLEDISKA KVALITY

Senzorika vyvíjená skupinou Micro-Epsilon se pohybuje v oblastech, kde mnohdy ani pro odborníka není jednoduché pochopit princip funkce jejích komponentů. Příkladem je systém komunikace stovek satelitů – kolem planety krouží ve výšce 500 km rychlostí 25 000 km.h−1, a to ve vzdálenosti 5 kilometrů od sebe. Senzory dokáží tuto komunikaci zprostředkovat pomocí extrémně rychlého naklápění zrcadel – řeč je o rovině nanometrů a femtosekund.

Pozoruhodná je i pokročilá holografie při výrobě čipů. Při ní se vyrábí tzv. „krátké světlo“, které koncovému zákazníkovi, tj. výrobci čipů, svou stabilitou umožní na plochu odpovídající přibližně špičce prstu vměstnat přes padesát miliard tranzistorů.

Tím se však již dostáváme nejen do oblasti využívání umělé inteligence, robotiky a autonomního řízení, ale také do problematiky rozhodování o tom, kde, co a komu prodat. V této oblasti se aktuálně vyskytují velice rychlé změny, které mnohdy mohou vést ke znehodnocení desítek let vývoje či značných investicí do strojů, budov či nejpřesnějších zařízení. Speciální technologií vybavené a špičkovým personálem obsluhované haly ve výsledku dosahují i hodnoty stamilionů, takže je v případě neúspěchu nelze prodat na běžném trhu. Souvislost současné politické situace se světovým odbytem pokročilé holografické senzoriky je toho dokladem. Zájem o tyto revoluční technologie je obecně enormní, avšak nutnost získat potřebná povolení dokáže v tomto směru vyhloubit propastné rozdíly v reálné dostupnosti a odbytu.

Ve firmách proto neustále probíhá proces vyhodnocování rizik a hledají se nové příležitosti. Řeší se hrozba sankcí, problémů s patentováním i úniku informací při užití běžného kancelářského softwaru. Čím komplexnější dnes firma je, tím rozmanitější rizika v tomto směru hrozí. Systém řízení kvality proto vyžaduje kompletní dokumentování základních rutinních činností v rámci ERP, jejich důsledné dodržování i zpětnou sledovatelnost. Těžiště činnosti QM spočívá v prevenci chyb a generování inovací. Databáze dat a impulzů od zaměstnanců musí být co nejrozsáhlejší. Klíčové pracovníky, tedy rodinné stříbro každé firmy, je nutno motivovat a ve firmě stabilizovat – a motivovat včas.

Ve výsledku tak špičkové firmy při svém rozvoji spoléhají primárně na řízení procesů. Přes procesní mapu je možno transparentně ovlivnit procesy spojené s poptávkou, nabídkou, objednávkou i financováním. Prevence rizik spočívá v tom, že znalosti firmy se udržují nejen v hlavách zaměstnanců, ale právě i ve firemním systému.

Dovedete si představit tu demonstraci preciznosti, když se v největším budovaném teleskopu světa v Atacamě pohne všech pět tisíc – našimi senzory řízených – zrcadel v jednom jediném okamžiku? Přestože dnešní svět skýtá mnoho nástrah, společnost Micro-Epsilon se na dynamické změny okolí snaží reagovat stejně rychle a precizně jako její senzory.

Vladimír Trojáček
pověřenec vedení pro kvalitu
společnost Micro-Epsilo
n

Související články
Pokročilé měření tloušťky pásových materiálů

Znalost tloušťky je rozhodující pro posouzení kvality pásových materiálů či fólií. Vzhledem k tomu, že měření je často nutné provádět za pohybu, uvažujeme většinou o bezkontaktních měřicích metodách, které s ohledem na rychlost měření přinášejí výhody.

Inspekční a provozní měření
při výrobě baterií

Aktuální trend řešení klimatické krize vsadil na technologie, které pro uskladnění elektrické energie vyžadují enormní množství akumulátorů a baterií s vysokou kapacitou. V úvahu tak přichází jen plně automatizovaná výroba. Z technologických a bezpečnostních důvodů je nutné dodržet vysokou přesnost a bezchybnost výrobních procesů.

Senzory k instalaci do strojů a zařízení

Od průmyslových heverů a obráběcích strojů až po největší teleskop světa – senzory firmy Micro-Epsilon se uplatňují všude tam, kde je nutná přesnost a spolehlivost. Měří vzdálenosti, polohy i mikroskopické odchylky v náročných podmínkách průmyslu, energetiky, 3D tisku či letectví, a díky vývoji na zakázku jsou schopné obstát i v extrémních aplikacích.

Související články
Přesné měření velkých vzdáleností

Laserové dálkoměry Micro-Epsilon ze série optoNCDT ILR měří vzdálenosti různých povrchů s vysokou přesností i v řádu desítek až stovek metrů. Jsou určené k použití v náročném průmyslovém prostředí, a to jak vnitřním, tak venkovním. Umožňují rychlou a snadnou montáž, nastavení i kalibraci, a lze je propojit s dalšími zařízeními ve výrobním závodě.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Za pokrokem v oblasti laserových snímačů

Bezkontaktní laserové snímače jsou jedním z významných nástrojů automatizace – umožňují kontrolu kvality a polohy dílů, a zároveň se vyznačují vysokou přesností, díky čemuž oplývají širokým využitím v průmyslu. Nová řada snímačů firmy Micro-Epsilon přichází na trh s novými funkcemi, jako je například technologie ASC či eliminace odleskového šumu.

Snímače s vysokou přesností a kompaktním designem

Od srpna 2020 je na trhu novinka mezi laserovými triangulačními snímači pro měření vzdálenosti a polohy - optoNCDT 1900. Tento inovativní snímač, který nabízí jedinečnou kombinaci vysoké rychlosti, kompaktního designu a přesnosti, je mimo jiné vybaven integrovanou vysoce výkonnou řídící jednotkou pro rychlé a vysoce přesné zpracování a výstup naměřených hodnot.

Laserový skener v CNC řezacím zařízení

Pokročilé 3D skenování pomocí mapovacího softwaru umožňuje firmě MicroStep, výrobci a dodavateli CNC strojů na dělení materiálů plazmatem, laserem, autogenem, vodním paprskem a vysokootáčkovým vřetenem, měření skutečných rozměrů kopulí.

Konfokální chromatické snímače

Širokou paletu snímačů a řídicích jednotek od společnosti Micro-Epsilon lze díky dostupným rozhraním použít v celé řadě odvětví, jako např. ve výrobě polovodičů, skla, zdravotnické techniky, plastů a spotřební elektroniky. Konfokální snímače nabízejí spojení moderních technologií, vysoké rychlosti a maximální přesnosti. Díky svým přednostem tyto všestranné snímače polohy a vzdálenosti splňují vysoké nároky průmyslu 4.0.

Přesné snímače pro automatizaci z Bechyně

Automatizovaná výroba se neobejde bez senzorů, které hlídají její bezchybný provoz. Světově známý výrobce senzorů pro přesná měření vzdálenosti má své zastoupení také v České republice. Společnost Micro-Epsilon sídlí od roku 1991 v jihočeské Bechyni a disponuje vlastními výrobními prostory. Následující reportáž byla napsána na základě návštěvy této výroby.

Přesné měření a kontrola v praxi

Společnost Micro-Epsilon nabízí už 50 let spolehlivá, vysoce výkonná a jedinečná řešení, zejména při požadavku na přesné měření nebo kontrolu. Ve své expozici na Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně představí novinky z oblasti přesného měření vzdálenosti, polohy a profilu, dále bezkontaktního měření teploty, detekce barev a průmyslových endoskopů.

Jarní setkání strojařů v Plzni

Více než 30 vystavovatelů, téměř 50 řečníků, tři výstavní haly a jeden nezapomenutelný strojírenský zážitek. Akce Strojírenská inspirace 2024 se konala v Plzni od 4. do 6. června 2024 a zaměřila se na digitální výrobu, automatizaci a inovace ve strojírenství. Letos poprvé se toto setkání uskutečnilo v areálu Depo2015, který se stal centrem pro sdílení zkušeností a nápadů mezi odborníky z průmyslu a digitalizace.

Plzeňské setkání strojařů

Katedra technologie obrábění Fakulty strojní Západočeské univerzity v Plzni letos uspořádala již devátý ročník mezinárodní konference Strojírenská technologie Plzeň. V porovnání s minulým ročníkem zaznamenala podstatně větší návštěvnost – čítala téměř dvě stě účastníků a uskutečnilo se bezmála šedesát prezentací. Náš časopis na konferenci figuroval jako mediální partner akce.

CIMT a Čína v roce 2023

Počínaje Velikonočním pondělím se v Pekingu, téměř tradičně v tomto čase, po pět dnů konal další ročník veletrhu výrobních strojů CIMT 2023. Pro cizince byla poslední výstava jednoduše dostupná na jaře roku 2019. Od ledna 2020 se přestalo do Číny létat a události nabraly nečekaný spád. V tomto krátkém textu se podíváme na výstavu i před brány výstaviště.

Automatizace výroby a kontrola kvality

Stejně jako rostou požadavky na přesnější a efektivnější výrobní procesy, rostou velmi výrazně i požadavky na kvalitu produktu. Kvalita produktu je sledována již od prvopočátku, kdy je za každý vstupní komponent zodpovědný výrobce a dodavatel.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit