Вы здесь

Корпус 3D-принтера с широким рабочим полем

Корпус 3D-принтера с широким рабочим полем
Задача: 
разработать красивый функциональный корпус.

Коллеги из «Сколково» по результатам успешной работы в области трехмерной печати из композитных материалов приняли решение о создании собственной компании. И поставили себе весьма амбициозную задачу – создать и представить на выставке «Открытые инновации 2015» большой трехмерный принтер, печатающий композитным материалом. Соответственно, нам выпала задача разработать корпус 3D-принтера с широким рабочим полем

 

Задача оказалась весьма непростой в связи со сжатыми сроками и чисто техническими сложностями. В качестве подвижного механизма используется промышленный робот-рука «KUKA» массой 80 кг.

 

Несмотря на высокую массу и инерцию при движении, рука должна быть надежно закреплена на раме, с точностью позиционирования не десятые доли миллиметра на размере в два метра. Задача осложняется высокими размерами рабочего поля, большим количеством степеней свободы. При этом внешний каркас должен представлять эстетичный внешний вид, достойный выставочного корпуса для «Открытых инноваций».

 

Задача была условно разделена на две составляющие – проработка облика и разработка стабилизированной рамы. В первую очередь нужно было решить, каким образом крепить руку на раме. Были рассмотрены четыре варианта: — крепление к нижней части рамы (проще в установке, но тока крепления экструдера в таком случае будет наиболее удалена от основания руки);

 

— крепление к боковой части рамы (точка подвеса ближе к экструдеру, но при движении под действием силы тяжести рука создаст наибольший из всех возможных момент); — крепление к верхней части рамы (точка подвеса наиболее близка к экструдеру, но прогиб рамы под действием руки наиболее сильно влияет на смещение экструдера);

 

 

Каждый из вариантов имеет критические недостатки, в связи с чем возник еще один вариант:   — сделать для руки отдельный каркас, для экструдера отдельный каркас, и после сборки совместить их, точно позиционировать (минус в необходимости подстройки руки к экструдеру после конечной сборки); также данный вариант значительно снижает требования к жесткости каждой из рам, а также сокращает количество материала (профилей).

 

В качестве основы рамы был выбран экструдированный квадратный профиль. Важное достоинство данного профиля заключается в возможности размещать элементы крепления без механической обработки.

  

С заказчиками обсуждалось, а что собственно будет печататься на выставке. Хотелось нечто забавное, бросающееся в глаза и при этом символическое. Пришла забавная мысль, на уровне шутки, – поставить на робот-руку человеческую руку (взяв за основу модель, которую мы использовали 4 года назад для отработки конструкции аппарата для лечения суставов). В результате получилась такая концепция – на руке стоит рука, вокруг которой печатается защитный контур. То, что на первый взгляд казалось шуткой, оказалось вполне работоспособной идеей. Правда в связи со сжатыми сроками несколько упростили геометрию, чтобы не создавать начальный контур для печати из сложных поверхностей.

 

Для рамы разработали четыре варианта облика. Первый вариант – простой, красивый, минималистичный, с раздвижной секцией.

  

Второй – чисто технический, в котором рама образована из логотипа заказчика.

 

Created using Luxion Technology (luxion.com)

 

Третий – красивый декоративный обвес из геометрических фигур.

 

 

В конечном счете пришло понимание, что нужно закрыть внутренний объем, создав визуально нечто наподобие корпуса станка с рабочей зоной.

 

 

 На этом варианте и решили остановиться. Далее состоялся процесс оперативного изготовления.

 

Собрали каркас, изготовили на дружественной площадке листы, склеили секционно, некоторые профиля пришлось клеить встык.

 

В результате на выставке компания представляла довольно интересный стенд, интерес публики к которому возник еще за несколько дней до начала выставки. На выходе получилась хорошая конструкция, которая не только красиво выглядит, но и несет в себе ряд расчетов, обосновывающих облик и рабочие параметры.

В процессе сборки и отладки.

 

Алексей Карфидов 257