Oggi, con la stampa 3D, puoi fare quasi tutto in poche ore. Però, assicurarsi che la parte funzioni in modo affidabile richiede settimane o addirittura mesi.

Fino ad ora.

Sandia National Laboratories ha progettato e realizzato una cella di lavoro esagonale, simile a una scrivania circolare, con un robot commerciale al centro che esegue test ad alta produttività per determinare rapidamente le prestazioni e le proprietà della parte.

Lo chiamano flessibile, sistema modulare e scalabile Alinstante, Spagnolo per "in un istante". Sandia è alla ricerca di partner del settore per aiutare a espandere o scoprire più usi per il nuovo sistema di test robotici.

La tecnologia per accelerare la qualificazione e i test è stata il risultato della sfida lanciata dallo scienziato dei materiali Sandia Brad Boyce nella primavera del 2015. Boyce stava lavorando a un progetto finanziato dalla ricerca e sviluppo diretto da laboratorio per migliorare la qualificazione delle parti stampate in 3D personalizzate.

"Nella lavorazione tradizionale dei metalli, c'è molta esperienza e finezza nel controllo di processo per produrre metalli con proprietà uniformi. Quando siamo passati alla produzione laser abbiamo dovuto fare un passo indietro e ripensare alla qualificazione, " Egli ha detto.

Boyce aveva già sviluppato una macchina per prove di trazione ad alta produttività, tirando un oggetto finché non si spezza, ma per questo progetto sapeva di aver bisogno di un metodo più generale, soluzione flessibile. Si rivolse al gruppo di robotica di Sandia.

"Una volta che ci siamo impegnati nell'automazione, ci siamo resi conto che le barriere potevano essere superate, " disse Boyce. "Sì, abbiamo investito tempo e denaro, ma la vera sfida è stata uscire dalla mentalità del "business as usual" per capire che abbiamo bisogno di una soluzione più rapida".

Progettare un modulare, cella di lavoro flessibile

Il robot commerciale si trova al centro della cella di lavoro esagonale con un massimo di sei stazioni di lavoro "petali" intorno. Ogni postazione di lavoro può avere un diverso sistema di collaudo commerciale o personalizzato, e le postazioni di lavoro possono essere scambiate dentro e fuori a seconda del tipo di test necessari. Anche, a causa della forma esagonale, più petali possono essere combinati in una struttura a nido d'ape. Ciò consente il passaggio da un petalo all'altro per fornire una scalabilità di test quasi illimitata.

L'ingegnere meccanico Sandia Ross Burchard ha guidato la progettazione della cella di lavoro. Nel 2016, Burchard e uno stagista hanno esplorato molte diverse configurazioni fisiche prima di stabilirsi sul design del petalo esagonale.

"La mia sfida era:come si ottiene una cella di lavoro con un robot e più stazioni di test che sia anche modulare e scalabile?" disse Burcardo. Una volta selezionata la configurazione, Burchard e il suo team hanno costruito la prima cella di lavoro. Ove possibile, hanno adattato l'hardware disponibile in commercio per l'efficienza e per risparmiare denaro.

Oltre a costruire la piastra di base esagonale e il piedistallo per il robot commerciale, il team ha installato barriere fotoelettriche di sicurezza ovunque una persona e il robot potessero interagire. Le barriere fotoelettriche sono impostate in modo tale che se una persona raggiunge la cella di lavoro, o se il braccio robotico fuoriesce dalla cella di lavoro, il raggio di luce si interrompe e il robot si ferma automaticamente.

"La sicurezza è sempre la nostra preoccupazione n. 1, " ha detto Tim Blada, il robotista che sta guidando la progettazione dell'interfaccia software. "Ogni riga di codice che scriviamo, ogni pezzo di fissaggio meccanico che facciamo, è sempre la sicurezza prima di tutto. 'Come è sicuro? Posso farlo senza rischiare lesioni?'"

Rapido, test automatizzati con un'interfaccia utente modulare di facile utilizzo

Entro la fine dell'estate, Blada spera di avere un'interfaccia utente che consentirà a un non esperto di posizionare le proprie parti su un vassoio nel rack delle parti, seleziona alcuni test e ottieni automaticamente i loro dati. Anche l'architettura del software deve essere modulare in modo da poter aggiungere facilmente nuovi moduli e test, Egli ha detto.

La cella di lavoro prototipo Alinstante ha solo due stazioni di prova e un rack dove gli utenti possono posizionare le loro parti. La prima stazione è uno scanner a luce strutturata standard in grado di convertire una scansione in un modello 3D per un confronto quantitativo diretto con il progetto originale previsto. La seconda stazione è un telaio di carico per testare le proprietà fisiche, come prove di trazione e compressione, che spinge su un oggetto fino a farlo scricchiolare.

Prossimo, il team vuole aggiungere ad Alinstante uno spettrometro di rottura indotto dal laser, disse Burcardo. Questo test sarebbe particolarmente utile per determinare la consistenza da lotto a lotto nella composizione chimica delle parti in modo minimamente distruttivo.

"Sandia dispone di laboratori di prova in grado di eseguire tutti questi test, tuttavia ci vogliono alcune settimane per programmare ciascuno di essi, che può aggiungere fino a uno o due mesi di test. Alinstante può ridurre l'onere di programmazione per il test, accelerando notevolmente i tempi di consegna, " ha affermato Burchard. Alinstante riduce anche la possibilità di errore umano e produce dati più coerenti e riproducibili rispetto ai tester umani.

"Graffiare la superficie" dei test sui prototipi e della scoperta dei materiali

"Proprio adesso, Alinstante sta davvero solo grattando la superficie di quello che potrebbe essere, " ha detto Boyce. "Potremmo integrare la stampante, sistemi di elaborazione, come un forno per il trattamento termico o un macinino, e molti altri test di post-elaborazione."

tomografia a raggi X, test di corrosione e misurazioni di densità sono solo alcuni esempi dei test che il team vorrebbe aggiungere ad Alinstante.

Blada ha aggiunto, "Alinstante può essere utilizzato per la prototipazione rapida di oggetti o per la produzione di piccoli lotti. Ciò sarebbe utile per qualsiasi piccola impresa o industria in cui realizzano piccoli lotti di parti e devono testarli o addirittura confezionarli".

Il team Alinstante è alla ricerca di partner per supportare lo sviluppo di nuovi moduli che soddisfino i suoi test rapidi, prototipazione o esigenze di ricerca e sviluppo, dissero Boyce e Blada.

Come robotista, Blada non vede l'ora di mettere alla prova la resistenza di Alinstante. "In teoria potresti gestire questa cosa per sempre, se avessi abbastanza parti, " Egli ha detto.

Come scienziato dei materiali, Boyce non vede l'ora di poter utilizzare Alinstante per la rapida scoperta dei materiali e per i fondamentali progressi nelle prestazioni e nell'affidabilità delle leghe.

Ma anche prima che questa visione diventi realtà, Alinstante può fornire vantaggi significativi. Boyce ha detto, "Venerdì pomeriggio dici alla stampante 3D 'Voglio che stampi questa parte in 10 modi diversi e poi vai a provarli.' Tu torni lunedì mattina e Alinstante ti dice quale processo è stato il migliore. Lascia che il robot si occupi di tutto il lavoro logistico e tolga l'essere umano dal giro tranne che per prendere le importanti decisioni ingegneristiche. "