3D 프린팅이 상자 밖으로 나옵니다.

DREAMS 연구실의 학생들은 지난 1년 동안 3D 프린팅과 고급 자동화 조립을 결합하여 최초의 제조 공정을 만들어냈습니다.

2023년 2월 10일

3D 프린팅에는 일반적으로 물체를 만드는 단일 기계가 포함됩니다. 그러나 학부 연구진 팀은 LS Randolph 교수 Chris Williams가 이끄는 DREAMS(Design, Research, Education for Additive Manufacturing) 연구실에서 기존 틀에서 훨씬 벗어난 패러다임을 채택했습니다.

이 프로젝트는 자동으로 프린터 밖으로 날아갈 수 있는 드론을 3D 프린팅한다는 목표로 시작되었으며, 대형 메카트로닉 시스템을 제조하기 위한 매우 강력하고 적응 가능한 접근 방식으로 발전했습니다.

드론은 회전하는 프로펠러, 정밀하게 보정된 전자 장치, 배터리 및 기타 여러 부품과 부품으로 구성된 복잡한 메커니즘입니다. 팀의 초기 과제 중 하나는 3D 프린팅을 통해 이러한 복잡성에 접근하는 것이었습니다. 충전된 배터리 및 모터와 같은 일부 부품은 단순히 프린팅할 수 없으며 대신 조립이 필요합니다. 이 어셈블리는 3D 프린터의 일반적인 기능과 맞지 않습니다. 즉, 쌓인 레이어를 서로 겹쳐서 하나의 고정된 개체를 형성하는 것입니다.

팀은 또한 드론을 자유롭게 설정하는 다소 까다로운 문제를 해결해야 했습니다. 3D 프린터의 첫 번째 레이어는 제작판에 약간 달라붙기 때문에 팀은 자율 프로세스 중에 인쇄된 조각을 긁어내는 방법을 알아내야 했습니다.

일반적인 3D 프린터는 이러한 목표를 모두 달성하지 못합니다. 기계는 레이어를 배치하여 모양을 만들고 다양한 재료를 함께 인쇄할 수 있지만 구성 요소를 잡고 조립할 수 없으며 자체 제품을 긁어낼 수 없습니다. 이러한 모든 단계를 자율적으로 완료하는 방법을 결정하는 것은 제조업체에서 성공적으로 작동하는 드론을 만드는 데 중요한 요소입니다.

연구팀은 고정된 갠트리에 프린트 헤드를 사용하는 일반적인 3D 프린터의 기능을 우회할 계획을 세웠습니다. 대신, 그룹은 인쇄 및 부품 조립을 위한 도구를 장착할 수 있는 로봇 팔을 사용했습니다. 암을 프로그래밍하고 작동하는 데 더 많은 작업이 필요하지만 더 많은 옵션도 제공합니다.

Williams는 “다축 산업용 로봇 팔에 프린트 헤드를 부착함으로써 최종적으로 진정한 3D로 프린팅할 수 있는 추가적인 이동 자유도를 얻게 되었습니다.”라고 말했습니다. "각 레이어의 일련의 2차원 인쇄물을 쌓는 대신 로봇 팔의 운동학적 유연성을 통해 3D 공간의 모든 방향으로 재료를 증착할 수 있습니다."

로봇 팔은 팀원들에게 또 다른 이점을 제공했습니다. 그들은 팔을 위한 다양한 도구 세트를 만들 수 있었습니다. 이러한 다중 모드 접근 방식은 팔이 작업의 한 부분에 3D 프린트 헤드를 사용하고, 전자 장치 및 기타 완성 부품을 배치하기 위한 조립 도구로 변경한 다음, 다시 3D 프린팅 도구로 전환하여 드론 프레임을 닫을 수 있음을 의미합니다. 단일 로봇 작업 셀에 여러 도구를 배치함으로써 여러 기계가 필요하지 않게 되었습니다.

Williams는 "로봇 팔의 유연성 덕분에 인쇄 도중에 도구를 변경할 수 있으므로 모터, 배터리, 와이어와 같은 외부 물체를 인쇄하는 동안 물체에 넣을 수 있습니다."라고 말했습니다. "이는 단일 로봇 작업 셀에서 완전한 기능성 메카트로닉 어셈블리를 제작할 수 있는 경로를 제공했습니다."

학생들은 인쇄 또는 조립을 위한 부품을 지정한 후 완성된 부품과 제작판 사이의 끈끈한 결합을 끊는 가장 좋은 방법을 결정해야 했습니다. 이것은 열역학의 교훈이 되었습니다.

제작되는 작품의 베이스 역할을 하는 로봇 프린터의 대형 가열 제작판은 인쇄 중에 작품이 움직이지 않도록 충분한 접착력을 생성할 수 있도록 약간 따뜻합니다. 제작에 필요한 정밀도를 달성하는 데 필수적이지만 프린터에서 날아가야 하는 인쇄물에 장애물이 되었습니다.

팀원 Dalton Phillips는 인쇄된 조각을 제거하는 놀라울 정도로 간단한 해결책을 발견했습니다. 바로 식히는 것입니다. 프린팅이 끝난 후 플레이트가 몇도 식으면 접착력이 약해집니다. 판이 특정 지점까지 냉각되면 간단한 기계 스크레이퍼를 사용하여 판을 밀어낼 수 있습니다. 이 접근 방식은 효과가 있었고 드론을 자유롭게 할 수 있었습니다.