Ứng dụng công nghệ in 3D trong thiết kế bộ kẹp chân không cho robot tại Harvestance

Harvestance là công ty chuyên về dịch vụ thiết kế, hỗ trợ kỹ thuật và sản xuất bồi đắp. Họ cung cấp các giải pháp thiết kế in 3D (DfAM) và dịch vụ trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm ô tô, chất bán dẫn, giày dép và công nghệ thực phẩm. Harvestance đã nhận được nhiều yêu cầu về thiết kế và sản xuất các dụng cụ kẹp tùy chỉnh, nhẹ và chắc chắn cho rô-bốt cộng tác, nhằm mục đích tự động hóa dây chuyền sản xuất.

Một trong những sản phẩm mà họ gặp vấn đề là kẹp nhôm cho robot. Kẹp nhôm truyền thống thường có độ nặng nhất định dẫn đến hạn chế trọng lượng của phôi có thể nâng lên và gây tiêu tốn nhiều năng lượng hơn. Khách hàng của Harvestance, bao gồm cả người dùng robot cộng tác và nhà tích hợp hệ thống robot, đã bày tỏ một số điểm khó khăn như sau:

• Robot cộng tác thường được giới hạn ở tải trọng nhỏ 20kg. Các loại kẹp nhôm thông thường được gia công CNC thường có trọng lượng từ 1 đến 2 kg trở lên, chiếm một phần đáng kể công suất của robot, hạn chế trọng lượng công việc mà nó có thể xử lý.
• Điều kiện tại nơi làm việc khác nhau, đòi hỏi phải có dụng cụ kẹp tùy chỉnh. Tuy nhiên, sự phức tạp về hình học và điều kiện khiến việc tùy chỉnh trở nên khó khăn do chi phí và thời gian sản xuất của các phương pháp truyền thống.
• Dụng cụ kẹp khí nén có nhiều giác hút cần nhiều ống chân không, có khả năng gây cản trở chuyển động của robot.
• Việc thiết kế dụng cụ kẹp tùy chỉnh cho từng nhóm điều kiện sử dụng đặt ra thách thức trong việc duy trì khả năng cạnh tranh về giá.

“Chúng tôi tin rằng in 3D có thể giải quyết triệt để những điểm yếu này. Chúng tôi đã chọn công nghệ in 3D tổng hợp Markforged để giảm trọng lượng của tay kẹp đồng thời cải thiện sức mạnh và độ cứng của nó, tối ưu hóa hiệu suất,” Giám đốc điều hành của Harvestance, Seungjae Leem giải thích.

Harvestance trước tiên tập trung vào thiết kế gọn nhẹ. Họ tích hợp các đường dẫn chân không từ nguồn khí nén đến các chân hút trực tiếp vào thân kẹp, cho phép lắp một chạm mà không cần ống bên ngoài. Họ đã áp dụng nhiều phương pháp thiết kế khác nhau để nâng cao chất lượng và hiệu quả của các bộ phận in 3D, chẳng hạn như thiết kế lại để giảm thiểu độ nhám bề mặt và tạo ra các kênh chân không bên trong tự hỗ trợ. Cách tiếp cận này đã cải thiện chất lượng và giảm thời gian và chi phí.

Vật liệu bộ phận rất quan trọng đối với các công cụ sản xuất tại nhà máy như dụng cụ kẹp. Ông Leem và nhóm kỹ thuật của ông đã thử nghiệm nhiều loại máy in và vật liệu khác nhau, bao gồm công nghệ in FFF, In SLA, SLS và PBF. Và kết quả cho thấy chỉ Markforged, với Onyx và Gia cố bằng sợi carbon, mới có thể đáp ứng độ bền uốn và va đập mà các bộ phận này yêu cầu để được chứng nhận.

Một ưu điểm khác của Markforged là chất lượng bề mặt vượt trội. Tất cả các máy in 3D khác Harvestance đều đánh giá các bước xử lý sau bắt buộc, chẳng hạn như làm tan chảy các cấu trúc hỗ trợ, khử bột, rửa và xử lý hoặc đánh bóng. Tuy nhiên, các bộ phận được in từ Markforged đã sẵn sàng để sử dụng mà không có bất kỳ sự chậm trễ hoặc chi phí nhân công bổ sung nào cho quá trình xử lý sau.

Harvestance chuyển sang sử dụng Markforged FX20 khi họ cần in các công cụ lớn hơn chẳng hạn như dụng cụ kẹp tùy chỉnh để xếp pallet và các công cụ gắp và mang nặng cho robot công nghiệp lớn. FX20 nhanh hơn cũng tăng tốc độ sản xuất lên gấp 3 đến 4 lần.

Seungjae Leem, Giám đốc điều hành của Harvestance cho biết: “Sử dụng công nghệ in 3D Markforged, chúng tôi đã giảm được 80% trọng lượng so với các dụng cụ kẹp thương mại tiêu chuẩn và giảm thời gian giao hàng từ hai tuần xuống còn hai ngày so với các dụng cụ kẹp gia công CNC thông thường”.

Bằng cách gia cố phần dưới của thân kẹp bằng sợi carbon và sợi thủy tinh liên tục, Harvestance đã tạo ra một dụng cụ kẹp chắc chắn, nhẹ, có khả năng hỗ trợ các phôi nặng mà không làm thay đổi hình dạng của nó.

“Vật liệu có độ bền cao (Onyx) của Markforged, Gia cố sợi liên tục, độ hoàn thiện bề mặt tuyệt vời và xử lý hậu kỳ dễ dàng là những giải pháp lý tưởng cho chúng tôi. Các kỹ sư của chúng tôi có thể tập trung hoàn toàn vào công việc của mình, phát triển sản phẩm mà không cần lo lắng về tính chất cơ học, xử lý hậu kỳ gánh nặng hoặc chất lượng,” Leem nói thêm.

Harvestance đang khai thác khả năng thiết kế cơ khí và các giải pháp DfAM của mình, cùng với công nghệ in 3D tổng hợp Markforged, để phát triển và ra mắt thương hiệu dụng cụ kẹp nhẹ, mạnh mẽ, tùy chỉnh và giá cả phải chăng.

Họ hiện đang cung cấp dịch vụ gắp robot phù hợp với nhu cầu của từng khách hàng. Mục tiêu cuối cùng của họ là cung cấp dịch vụ cung cấp nhanh chóng các bộ phận được tùy chỉnh theo điều kiện của từng khách hàng, bất kể thời gian và địa điểm. Bước đầu tiên, họ đã phát triển một thuật toán để tự động thiết kế các dụng cụ kẹp tùy chỉnh và đang xây dựng một nền tảng trực tuyến để khách hàng thiết kế, đặt hàng và thanh toán cho các dụng cụ kẹp này. Sáng kiến ​​này sẽ sớm mở rộng sang các hạng mục như dụng cụ kẹp ngón tay và đầu dụng cụ kẹp.

Ngoài tự động hóa thiết kế, Harvestance còn đặt mục tiêu tự động hóa các hệ thống sản xuất bằng cách tận dụng nền tảng Markforged Digital Forge cho các bộ phận được đặt hàng thông qua nền tảng dịch vụ in 3D trực tuyến của họ.