Tay gắp robot (EOAT) và In 3D trong Tự động hóa Công nghiệp
Tay gắp robot (EOAT – End Of Arm Tooling) – còn được gọi là dụng cụ cuối cánh tay – dùng để chỉ các thiết bị và phụ kiện được gắn ở cuối cánh tay robot hoặc bộ điều khiển. Những công cụ này là thành phần quan trọng cho nhiều quy trình của nhà máy— cho phép robot tự động hóa thực hiện nhiều nhiệm vụ với tốc độ và độ chính xác.
EOAT rất quan trọng đối với sản xuất công nghiệp: trong đó thiết kế sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả, chất lượng và hiệu quả chi phí của tự động hóa robot. Cùng tìm hiểu những kiến thức cơ bản về EOAT: cách sử dụng nó, những yếu tố cần cân nhắc về thiết kế và lợi ích của việc in 3D các thành phần.
EOAT được sử dụng để làm gì?
EOAT không chỉ giới hạn ở việc kẹp các vật thể trên dây chuyền lắp ráp— nó có thể được thiết kế cho các nhiệm vụ khác, chẳng hạn như trang bị camera cho cánh tay robot để kiểm soát chất lượng.
Dưới đây là một số cách sử dụng phổ biến cho EOAT:
Dụng cụ kẹp hoặc dụng cụ kẹp: Dụng cụ kẹp được thiết kế để giữ và vận chuyển đồ vật. Chúng có thể có nhiều loại từ dụng cụ kẹp bằng hai ngón tay đến các cấu hình phức tạp hơn. Bộ kẹp và bộ giữ phôi chiếm phần lớn trong các thiết bị tác động cuối cùng trong công nghiệp.
Công cụ vận hành tĩnh: những công cụ này được sử dụng cho các công việc như hàn, khoan hoặc uốn kim loại. Chúng thường đứng yên hoặc cố định ở một vị trí cụ thể.
Công cụ quan sát: EOAT có thể bao gồm camera và cảm biến để quan sát các quy trình làm việc khác cho các nhiệm vụ như kiểm tra chất lượng, nhận dạng bộ phận và xử lý vật liệu.
Dụng cụ bôi và máy phun: các dụng cụ như máy phun sơn hoặc dụng cụ bôi keo được sử dụng trong các ứng dụng như sơn hoặc phân phối keo.
Bộ thay đổi công cụ: những thứ này cho phép robot chuyển đổi giữa các công cụ hoặc bộ phận cuối khác nhau mà không cần can thiệp thủ công. Điều này đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng mà robot cần thực hiện nhiều nhiệm vụ hoặc làm việc với các vật thể khác nhau.
Tua vít và đai ốc: những công cụ này được sử dụng để siết chặt vít, bu lông và đai ốc trong hoạt động lắp ráp.
Cốc hút hoặc dụng cụ kẹp chân không: chúng được sử dụng để nâng và xử lý các vật có bề mặt nhẵn, phẳng, chẳng hạn như kính hoặc tấm kim loại.
Dụng cụ cắt: trong các nhiệm vụ liên quan đến cắt hoặc cắt tỉa vật liệu, robot có thể được trang bị dụng cụ cắt hoặc lưỡi dao.
Các yếu tố cần cân nhắc khi thiết kế EOAT
Thiết kế EOAT phải tính đến các yếu tố như kích thước và trọng lượng của vật thể cần xử lý, độ chính xác cần thiết, môi trường sản xuất và các cân nhắc về an toàn. Mục tiêu là tối ưu hóa hiệu suất và hiệu quả của robot cho một nhiệm vụ cụ thể.
Đặc điểm của đối tượng: hiểu kích thước, trọng lượng, hình dạng và chất liệu của đối tượng mà EOAT sẽ xử lý. Thiết kế công cụ để phù hợp với những đặc điểm này, đảm bảo khả năng cầm nắm hoặc tương tác an toàn.
Yêu cầu nhiệm vụ: xem xét liệu người thực hiện cuối có cần nắm, quan sát, tác dụng lực, hàn, cắt hoặc thực hiện các chức năng khác hay không. Điều này sẽ tác động đến thiết kế của công cụ.
Tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng: Sức mạnh EOAT rất quan trọng để robot thực hiện công việc của mình đồng thời tránh làm hỏng thiết bị. Duy trì sức mạnh trong khi trọng lượng nhẹ có thể tối ưu hóa hiệu suất của robot theo nhiều cách. Một công cụ nhẹ hơn có thể giúp rô-bốt thực hiện nhiệm vụ nhanh hơn, chính xác hơn và tiêu thụ ít năng lượng hơn—cuối cùng dẫn đến năng suất cao hơn và tiết kiệm chi phí. Dụng cụ nhẹ hơn cũng có thể cho phép các nhà sản xuất sử dụng robot nhỏ hơn, rẻ hơn.
Lựa chọn vật liệu: chọn vật liệu cho các thành phần EOAT dựa trên các yếu tố như độ bền, độ bền, trọng lượng và khả năng tương thích với môi trường của ứng dụng.
Phân bổ trọng lượng: cân bằng trọng lượng của các bộ phận EOAT để tránh tình trạng quá tải cho cánh tay robot hoặc gây mất cân bằng có thể ảnh hưởng đến độ chính xác và chính xác.
Lắp đặt và tương thích: thiết kế EOAT để có thể dễ dàng lắp đặt và tương thích với giao diện bộ phận tác động cuối của rô-bốt.
Lập trình và điều khiển: thiết kế EOAT với các tính năng cần thiết để có thể lập trình và tích hợp dễ dàng với hệ thống điều khiển của robot. Điều này bao gồm việc thiết lập các chiến lược kẹp, cấu hình chuyển động và phối hợp với các chức năng khác của robot.
Khả năng thích ứng và bộ thay đổi công cụ: xem xét liệu EOAT có nên thích ứng với các nhiệm vụ khác nhau hay không hoặc liệu nó có hỗ trợ bộ thay đổi công cụ để chuyển đổi nhanh chóng, tự động các bộ phận tác động cuối cùng hay không.
Dễ tích hợp: đảm bảo rằng EOAT có thể dễ dàng tích hợp vào dây chuyền sản xuất hiện có, hệ thống robot cộng tác hoặc thiết bị tự động hóa khác.
Hiệu quả chi phí và chuỗi cung ứng: cân bằng giữa hiệu suất và tính năng với ngân sách của nhà máy và các cân nhắc về thời gian sản xuất dựa trên nhu cầu. In 3D công nghiệp giúp EOAT theo yêu cầu một cách nhanh chóng, tiết kiệm chi phí mà không ảnh hưởng đến hiệu suất của công cụ.
Độ bền và bảo trì: đảm bảo rằng các bộ phận EOAT bị mài mòn có thể được thay thế dễ dàng và quy trình bảo trì đơn giản để giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động.
Lợi ích của EOAT được in 3D
In 3D hay sản xuất bồi đắp đã mang lại những tiến bộ đáng kể trong thiết kế và sản xuất EOAT cho robot công nghiệp. Việc sử dụng công nghệ in 3D mang lại nhiều lợi ích, khiến nó trở thành yếu tố thay đổi cuộc chơi trong thế giới thiết kế EOAT. Dưới đây là một số ưu điểm chính:
Nhận công cụ của bạn nhanh hơn: In 3D có thể đưa công cụ đến tay bạn trong vòng vài giờ hoặc vài ngày, trong khi thời gian thực hiện sản xuất thuê ngoài có thể mất vài tuần hoặc thậm chí vài tháng. Nếu phải mất 12 tuần để tạo ra một công cụ cuối cánh tay và có 16 tuần để thực sự đưa tế bào sản xuất đó vào hoạt động, thì chỉ còn bốn tuần để lập trình, thử nghiệm và xác nhận cần thiết để tối ưu hóa đúng cách cánh tay robot. Việc hoàn thành phần việc của bạn sớm hơn sẽ giúp bạn có nhiều thời gian hơn để tối ưu hóa việc lập trình và tìm ra thông lượng quy trình làm việc thay vì khắc phục sự cố.
Kiểm kê kỹ thuật số: bằng cách tận dụng in 3D, nhà sản xuất có thể tạo và duy trì kho lưu trữ kỹ thuật số các thiết kế EOAT. Thay vì duy trì lượng tồn kho vật lý lớn, người dùng có thể lưu trữ các bộ phận trên đám mây và in theo yêu cầu tới bất kỳ máy in nào được kết nối mạng.
Hiệu quả chi phí: trong nhiều trường hợp, in 3D có thể giảm đáng kể chi phí sản xuất các thành phần EOAT. Cùng với việc giảm chất thải vật liệu, không có chi phí dụng cụ. Ngoài ra, việc tùy chỉnh, thay đổi thiết kế và hình học phức tạp không yêu cầu bất kỳ thiết lập bổ sung nào. Ví dụ: Dixon Valve đã thay thế các dụng cụ kẹp được gia công trị giá 290 USD bằng các dụng cụ kẹp bằng composite in 3D mà chi phí in chỉ là 9 USD.
Tăng cường tự do thiết kế: sản xuất bồi đắp cho phép tạo ra các hình học phức tạp và phức tạp mà các phương pháp sản xuất truyền thống khó hoặc không thể đạt được. Điều này mở ra những khả năng mới cho thiết kế EOAT, tạo ra các giải pháp sáng tạo cho các nhiệm vụ đặc biệt và mức độ tối ưu hóa cao hơn.
Độ bền cao, trọng lượng nhẹ: In 3D có thể giảm đáng kể trọng lượng của các thành phần EOAT. Các công cụ nhẹ hơn có nghĩa là cánh tay robot ít bị căng hơn, cần ít năng lượng hơn và thường cải thiện hiệu suất. Vật liệu tổng hợp được gia cố bằng sợi chắc chắn, liên tục giúp tạo ra các bộ phận nhẹ mà không ảnh hưởng đến độ bền và độ cứng.
Ví dụ về EOAT in 3D
Cán hàn điểm: trước đây, cán đồng được gia công có giá khoảng 2.500 USD một chiếc và có thời gian thực hiện là 12 tuần. Bởi vì những chiếc khung này rất quan trọng cho việc lắp ráp nên hàng tồn kho phải được lưu giữ trong kho – chiếm không gian trên sàn và buộc tiền mặt.
In 3D mỗi thân bằng đồng nguyên chất giúp giảm thời gian thực hiện từ 12 tuần xuống còn 1 tuần và chi phí đơn vị giảm từ 2.500 USD xuống còn khoảng 350 USD. Không cần phải dự trữ một lượng lớn phụ tùng thay thế, in 3D có thể giảm đáng kể lượng vốn tồn kho.
Hàm gắp robot tổng hợp : Dixon Valve đã tiết kiệm đáng kể chi phí và thời gian bằng cách sử dụng máy in 3D Markforged Mark Two để tạo ra hàm kẹp kháng hóa chất cho dụng cụ cánh tay robot. Các hàm này được sử dụng để chuyển các phụ kiện giữa các trung tâm gia công và phải chịu được sự tiếp xúc với chất lỏng ăn mòn trong quá trình kẹp lặp đi lặp lại. Với khả năng trang bị lại cánh tay robot chỉ trong 24 giờ, Dixon Valve đã giảm được 96% chi phí và giảm 93% thời gian thực hiện cần thiết để sản xuất các bộ phận này.
Hàm kẹp ID kim loại : Dixon Valve theo truyền thống sử dụng máy in 3D composite Markforged để sản xuất Công cụ cuối cánh tay (EOAT) cho cánh tay robot của họ nhưng phải đối mặt với thách thức trong việc tạo ra các kẹp gắp có khả năng giữ các bề mặt mài mòn, vì các sợi trên các kẹp gắp này nhanh chóng bị mòn do độ cứng bề mặt của chúng tương tự như nhựa nhiệt dẻo.
Bằng cách sử dụng Metal X để in các dụng cụ kẹp này, Dixon Valve đã duy trì các lợi ích của in 3D đồng thời nâng cao độ bền của bộ phận, đảm bảo chúng có thể chịu được sự mài mòn của các sợi sắc nhọn. Việc chuyển sang in 3D kim loại này đã giúp Dixon Valve tiết kiệm được 98% chi phí và giảm 91% thời gian thực hiện. Hàm đủ cứng để xử lý hàng nghìn khớp nối ống thép không gỉ mà không bị mòn.
Cải tiến quy trình thúc đẩy lợi nhuận : Lean Machine, một nhà sản xuất theo hợp đồng, bị hạn chế bởi khả năng cải tiến quy trình sản xuất cho PO mới. Máy in Markforged cho phép họ tạo ra các tế bào sản xuất có năng suất cao hơn trong vài ngày thay vì hàng tuần. Giờ đây, Lean Machine có thể tiếp nhận nhiều khách hàng hơn, đồng thời sản xuất nhiều bộ phận hơn để đạt được lợi nhuận cao hơn. Hãy xem video bên dưới để biết hoạt động của hàm kẹp bằng sợi carbon được in 3D của Lean Machine.
Sản xuất không cần chiếu sáng bằng EOAT : Athena 3D Manufacturing đang tìm cách để đưa các bộ phận được in Markforged chất lượng đến khách hàng của họ nhanh hơn. Họ đã lắp đặt một cánh tay robot cộng tác để thay đổi máy in, ngay cả khi không có kỹ thuật viên xung quanh. Kết quả? Mức độ sử dụng đội tàu Markforged của họ tăng 40%.
Tại sao nên dùng máy in Markforged để in EOAT?
Độ bền trên trọng lượng chưa từng có của vật liệu tổng hợp được in: công nghệ Gia cố sợi liên tục (CFR) đã được cấp bằng sáng chế của chúng tôi có thể nhanh chóng tạo ra các bộ phận bền như nhôm với trọng lượng chỉ bằng một phần nhỏ.
Kim loại nhẹ không cần nhiều thời gian thiết kế: Hệ thống Metal X của chúng tôi là giải pháp sản xuất bồi đắp đầu tiên giúp chế tạo kim loại nhanh chóng, tiết kiệm chi phí và thân thiện với người dùng.
Việc sử dụng nguyên liệu bột liên kết (thay vì bột rời) giúp hệ thống Markforged Metal X an toàn và dễ sử dụng. In thép không gỉ, thép công cụ, đồng nguyên chất và Inconel mà không cần người vận hành được đào tạo chuyên sâu hoặc PPE rộng rãi.
Chu trình thiết kế nhanh chóng, dễ dàng: sử dụng phần mềm Mô phỏng của chúng tôi để nhanh chóng xác nhận hiệu suất của vật liệu tổng hợp sợi carbon, vật liệu tổng hợp sợi thủy tinh và các bộ phận bằng thép không gỉ 17-4PH trước khi nhấn ‘in’.
Khoảng không quảng cáo kỹ thuật số an toàn: Markforged là công ty dẫn đầu ngành về bảo mật dữ liệu đám mây: chúng tôi là nền tảng sản xuất bồi đắp đầu tiên đạt được chứng nhận ISO/IEC:27001 .
Bạn có thể tiết kiệm bao nhiêu thời gian và tiền bạc bằng EOAT in 3D?
Làm cách nào để in 3D EOAT trên máy in Markforged có thể hợp lý hóa hoạt động sản xuất của bạn, tăng tính linh hoạt của chuỗi cung ứng và giảm chi phí?
Các chuyên gia của chúng tôi có thể giúp bạn tính toán số tiền mà máy in của chúng tôi sẽ tiết kiệm được cho nhà máy của bạn.