Functgraph – система, которая объединила функции 3D-принтера и робота-манипулятора

Какими бы продвинутыми не были современные системы FDM, непрерывный рабочий процесс 3D-печати по-прежнему требует большого количества ручного труда. После завершения этапа 3D-печати постобработка, как правило, требует, чтобы технический специалист снял деталь с рабочей пластины, удалил все поддерживающие конструкции и интегрировал деталь в сборку, если это компонент. Это препятствие, которое команда Мэйдзи с Токио пытается преодолеть с помощью Functgraph.

Functgraph, как его называют, способен автоматически печатать и прикреплять настраиваемые головки инструментов для изменения своей активной функциональности. Это дает пользователям возможность захватывать, поворачивать и снимать 3D-печатные объекты для сборки более сложных механических систем в одном задании на печать. Чтобы продемонстрировать возможности специального робота, команда уже использовала его в качестве производителя бутербродов, каркаса для складывания футболок, линии непрерывной сборки и упаковки игрушечных автомобилей и многого другого.

Команда Мэйдзи, Юто Куроки и Кейта Ватанабе, написала: «Мы представляем новые способы использования головки 3D-принтера в качестве 3-осевого роботизированного манипулятора, чтобы обеспечить расширенное производство, например, сборку отдельно напечатанных деталей, удаление вспомогательных материалов и приведение в действие печатных объектов на рабочей пластине».
Чтобы начать проект, исследователи сначала разработали и напечатали на 3D-принтере два настраиваемых переключателя головки инструмента - один для крепления рабочих деталей, а другой - для их отсоединения. Эти переключатели были разработаны для непосредственной интеграции в коммерчески доступный 3D-принтер Creality CR-10 и работают с очень простым механизмом фиксации/снятия.

Установив переключатели рабочих деталей, команда разработала специальную программу генерации кода Gcode, которая включала всего три основные операции: печать необходимых компонентов и рабочих деталей, снятие рабочих деталей и соединение рабочих деталей к напечатанным компонентам.
Процесс Functgraph сначала выполняет 3D-печать всех необходимых частей для данного приложения. Затем он использует инструмент, прикрепленный к печатающей головке, для перемещения деталей по печатной платформе, меняя концевые эффекторы на этом инструменте в зависимости от требуемой задачи, а также собирая и размещая все напечатанные компоненты для выполнения запрограммированной операции: нарезки ветчины и огурца, сборка сэндвича, складывание рубашки, упаковка кроликов, напечатанных на 3D-принтере, или сборка игрушечной машины. Концевые эффекторы включают специальные крючки для отрыва опор, складывания печатных деталей или движущихся частей.
Помимо использования дешевого и доступного принтера, авторы полагались на обычные материалы и настройки печати: PLA, стеклянную рабочую пластину, температуру рабочей пластины 60°C, температуру экструдера 200°C. Таким образом, ключ к Functgraph - это дизайн. В частности, исследователи размещают поддерживающие конструкции в ключевых точках, чтобы максимизировать отслаивание печатной платформы, а также принимают меры предосторожности для обеспечения прилипания материала к основанию в процессе изготовления. Для надлежащего прилегания экструдер на самом деле находится ближе к печатной платформе, чем обычно.

И последнее, но не менее важное: Functgraph также имеет функцию скольжения. Скольжение, возможно, является наиболее важным движением, поскольку оно позволяет пользователям вставлять объекты друг в друга для создания сборок или даже выполнять режущие движения по еде с помощью рабочей детали с лезвием. Благодаря разумному использованию комбинаций операций, Functgraph может служить адаптируемым производственным роботом для целого ряда творческих приложений.