Robotarbejdscelle udfører test med høj gennemstrømning øjeblikkeligt

I dag, med 3-D print, du kan lave næsten alt på få timer. Imidlertid, at sikre, at en del fungerer pålideligt, tager uger eller endda måneder.

Indtil nu.

Sandia National Laboratories har designet og bygget en sekssidet arbejdscelle, ligner et cirkulært skrivebord, med en kommerciel robot i centrum, der udfører high-throughput test for hurtigt at bestemme delens ydeevne og egenskaber.

De kalder dette fleksibelt, modulært og skalerbart system Alinstante, Spansk for "på et øjeblik". Sandia søger industripartnere til at hjælpe med at udvide eller opdage flere anvendelser af det nye robottestsystem.

Teknologien til at fremskynde kvalificering og testning var resultatet af Sandia-materialeforsker Brad Boyces udfordring i foråret 2015. Boyce arbejdede på et laboratoriestyret forsknings- og udviklingsfinansieret projekt for at forbedre kvalificeringen af ​​brugerdefinerede 3-D-printede dele.

"I traditionel fremstilling af metaller, der er stor erfaring og finesse i processtyring til at producere metaller med ensartede egenskaber. Da vi gik til laserfremstilling, måtte vi tage et skridt tilbage og genoverveje kvalifikation, " han sagde.

Boyce havde allerede udviklet en maskine til high-throughput trækprøvning – trækker på en genstand, indtil den klikker – men til dette projekt vidste han, at han havde brug for en mere generel, fleksibel løsning. Han henvendte sig til Sandias robotgruppe.

"Da vi først forpligtede os til automatisering, vi indså, at barriererne kunne overvindes, sagde Boyce. "Ja, vi investerede lidt tid og penge, men den virkelige udfordring var at komme ud af tankegangen om 'business as usual' til at forstå, at vi har brug for en hurtigere løsning."

Design af en modulær, fleksibel arbejdscelle

Den kommercielle robot sidder i midten af ​​den sekskantede arbejdscelle med op til seks "kronblade" arbejdsstationer omkring sig. Hver arbejdsstation kan have forskellige kommercielle eller brugerdefinerede testsystemer, og arbejdsstationerne kan skiftes ind og ud afhængigt af, hvilken type test der er behov for. Også, på grund af den sekskantede form, flere kronblade kan kombineres i en honeycomb-lignende struktur. Det tillader overdragelser fra kronblad til kronblad for at give næsten ubegrænset testskalerbarhed.

Sandias maskiningeniør Ross Burchard ledede designet af arbejdscellen. I 2016 Burchard og en praktikant udforskede mange forskellige fysiske konfigurationer, før de slog sig ned på det sekskantede kronbladsdesign.

"Min udfordring var:Hvordan finder man på en arbejdscelle med én robot og flere teststationer, der også er modulopbygget og skalerbar?" sagde Burchard. Når konfigurationen er valgt, Burchard og hans team byggede den første arbejdscelle. De tilpassede kommercielt tilgængelig hardware, hvor det var muligt, for effektivitet og for at spare penge.

Ud over at konstruere den sekskantede gulvplade og piedestal til den kommercielle robot, holdet installerede sikkerhedslysgardiner overalt, hvor en person og robotten kunne interagere. Lysgardinerne er sat op, så hvis en person rækker ind i arbejdscellen, eller hvis robotarmen rækker ud af arbejdscellen, lysstrålen brydes, og robotten stopper automatisk.

"Sikkerhed er altid vores nr. 1 bekymring, sagde Tim Blada, robotisten, der leder designet af softwaregrænsefladen. "Hver linje kode vi skriver, hvert stykke mekanisk armatur, vi laver, er altid sikkerhed først. 'Hvordan er dette sikkert? Kan jeg gøre dette uden at risikere nogen skader?'"

Hurtig, automatiseret test med en letanvendelig modulær brugergrænseflade

Ved udgangen af ​​sommeren, Blada håber at have en brugergrænseflade, der gør det muligt for en ikke-ekspert at placere deres dele på en bakke i reservedelsstativet, vælg et par tests og få deres data automatisk. Softwarearkitekturen skal også være modulær, så nye moduler og test nemt kan tilføjes, han sagde.

Prototypen af ​​Alinstante-arbejdscellen har kun to teststationer og et stativ, hvor brugerne kan placere deres dele. Den første station er en off-the-shelf struktureret lysscanner, der kan konvertere en scanning til en 3-D model til direkte kvantitativ sammenligning med det oprindelige tiltænkte design. Den anden station er en lastramme til test af fysiske egenskaber, såsom træk- og kompressionstest, som skubber på en genstand, indtil den knaser.

Næste, holdet ønsker at tilføje et laser-induceret nedbrydningsspektrometer til Alinstante, sagde Burchard. Denne test ville være særlig nyttig til at bestemme batch-til-batch-konsistensen i den kemiske sammensætning af dele på en minimalt destruktiv måde.

"Sandia har testlaboratorier, der kan udføre alle disse tests, men det tager et par uger at planlægge hver af dem, hvilket kan tilføje op til en eller to måneders test. Alinstante kan reducere planlægningsbyrden for testen, fremskynder ekspeditionstiden betydeligt, " sagde Burchard. Alinstante reducerer også chancen for menneskelige fejl og producerer data, der er mere konsistente og reproducerbare end menneskelige testere.

'Skradser i overfladen' af prototypetest og materialeopdagelse

"Lige nu, Alinstante ridser egentlig bare overfladen af, hvad det kunne være, " sagde Boyce. "Vi kunne integrere printeren, behandlingssystemer - såsom en varmebehandlende ovn eller en kværn - og mange andre efterbehandlingstests."

røntgen tomografi, korrosionstestning og tæthedsmålinger er blot nogle få eksempler på de test, holdet gerne vil tilføje til Alinstante.

Blada tilføjede, "Alinstante kan bruges til hurtig prototyping af ting eller til fremstilling af små partier. Dette ville være nyttigt for enhver lille virksomhed eller industri, hvor de laver små batchdele, og de skal teste dem eller endda pakke dem."

Alinstante-teamet leder efter partnere til at støtte udviklingen af ​​nye moduler, der kan opfylde deres hurtige test, prototyping eller forsknings- og udviklingsbehov, sagde Boyce og Blada.

Som robotiker, Blada ser frem til at sætte Alinstantes udholdenhed på prøve. "I teorien kan du køre denne ting for evigt, hvis du havde nok dele, " han sagde.

Som materialeforsker, Boyce ser frem til at kunne bruge Alinstante til hurtig materialeopdagelse og til grundlæggende fremskridt inden for legerings ydeevne og pålidelighed.

Men selv før denne vision bliver til virkelighed, Alinstante kan give betydelige fordele. Boyce sagde, "Fredag ​​eftermiddag siger du til 3-D-printeren 'jeg vil have dig til at udskrive denne del på 10 forskellige måder og så test hver enkelt'. Du kommer for at komme tilbage mandag morgen, og Alinstante fortæller dig, hvilken proces der var den bedste. Lad robotten udføre alt logistikarbejdet og få mennesket ud af løkken, bortset fra at tage de vigtige tekniske beslutninger."