3D Tisk Způsobuje Revoluci Ve Výrobě Protéz

Výroba protéz a ortéz konvenčními metodami byla v minulosti dlouhá, složitá a proto nákladná. Aditivní výrobní přísliby to napraví. V praktickém prostředí ortopedické techniky se však rychle ukázalo, že zavedené aditivní tiskové procesy s pouze jednou tiskovou hlavou nebyly dostatečně ekonomické, protože výrobní proces byl časově náročný a nesplňoval očekávání lékařské profese.

Síť Pro-O-light čelila výzvě ke zlepšení této situace společně s Univerzitou aplikovaných věd Mittweida a partnery ze strojírenského a elektrotechnického průmyslu. V rámci projektu financovaného BMWI měla být vyvinuta nová tiskárna, která používá rotující pracovní stůl a současně mohou pracovat až čtyři tiskové hlavy. Díky tomuto novému přístupu lze dosáhnout vysokých pracovních rychlostí.

Obrázková galerie

Za méně než 60 minut na protézu

Protože tiskové hlavy pracují pouze jednosměrně, je možné navrhnout speciální geometrii trysky tiskové hlavy. Při průměrném použití čtyř tiskových hlav může být protéza vytištěna za méně než 60 minut. Nový proces navíc vytváří lehčí ortézu s otevřenou a pohodlnou strukturou. Rozhodující roli hraje technologie pohonů, za kterou je zodpovědná technologie JAT (technologie pohonů Jena).

Jak 3D tiskárna funguje

K dosažení vysoké rychlosti výroby bylo nutné použít několik tiskových hlav současně a se střední přepravní vzdáleností. Protože by však během procesu tisku zasahovaly do jejich mechanických vedení, musela být vyvinuta nová technologie. To spočívalo v tom, že obrobek nebyl položen na pevný stůl nebo na stůl, který lze jako obvykle posunout ve směru XYZ, ale spíše jej během tisku otáčet. Protože geometrie již mají tangenciální zarovnání trysky tiskové hlavy s obrobkem, lze dosáhnout mnohem vyšších rychlostí tisku.

Požadavky na hnací ústrojí

Pro dosažení požadované rychlosti procesu při tisku protéz je vyžadována speciální koncepce jednotky tiskových hlav. Nový typ tisku umožní zvýšit rychlost procesu desetkrát. To vyžaduje současné použití několika hlav a další zvýšení rychlosti tisku prostřednictvím vývoje tiskové hlavy s novou geometrií trysky.

Jednou z největších výzev byla interakce tiskových hlav a jejich pohon:

• Na rozdíl od současného stavu techniky se nemusí tiskové hlavy přesouvat do své pracovní polohy jeden po druhém a tam provádět tiskový proces, ale současně se samy umístit jednotlivě k tiskové geometrii - kolize tiskových hlav je nemožná.
• Jsou tedy umístěny ve správný tangens ve správný čas a během tohoto dynamického procesu je vytlačeno správné množství tiskového materiálu.
• Neustále se měnící rozsah, různé rychlosti pro příslušnou tiskovou hlavu, související výpočet různých množství materiálu a závislost těchto komponent jsou zcela nový, ale nezbytný výrobní přístup.

Pohonný systém pro aplikace citlivé na cenu

Aby bylo dosaženo cíle nákladů, bylo rozhodnuto o použití pohonového systému Ecostep. Je zvláště vhodný pro aplikace citlivé na cenu, protože pracuje s vícepólovým servomotorem se zpětnou vazbou ve formě kodéru. Ve srovnání s pohonovými technologiemi bez uzavřeného polohového regulátoru je dosaženo výrazně vyšší dynamiky a provozní bezpečnosti, protože nehrozí žádné riziko ztráty polohy motoru. Řídicí jednotka pohonu také nabízí vysokou konektivitu k systémům vyšší úrovně, jako je PLC.

Tip semináře

Účastníci základního semináře o servopohonech se učí základní znalosti o tom, jak optimálně parametrizovat servopohony a jak ovládat a řídit funkce v ovladačích pohybu.

Realizace pohonů

• Mechanická konstrukce 3D vysokorychlostní rotační tiskárny vyžaduje celkem dvanáct jednotek Ecostep.
• Pohony vřetena se používají pro vodorovné a svislé lineární osy Y a Z, které jsou odpovědné za flexibilní polohování extrudéru.
• Motor je motor Ecostep ze série 23S21 s absolutní zpětnou vazbou enkodéru.
• Stejný typ pohonu také umisťuje otočný stůl.
• Čtyři motory Ecostep 17H13 s inkrementálními kodéry se používají k dopravě materiálu v tiskových hlavách speciálně vyvinutých pro tuto aplikaci.
• Tyto tři osy jsou interpolovány lineárně. Algoritmus je integrován do servozesilovače Ecovario D114. Protože tento servozesilovač je kompaktní dvojitý výstupní stupeň, ovládá dvanáct motorů šest zesilovačů.

Uživatel splňující mechatronickou pohonnou technologii

Technologie mechatronického pohonu zaměřená na uživatele se zaměřuje na mechanické komponenty ozubených kol, spojek a brzd, jakož i na jejich design, dimenzování a interakci v celém mechatronickém systému.

Více informací

Pohony pro vysoce dynamické aplikace

Pro dosažení co nejlepšího výsledku tisku z hlediska přesnosti a rychlosti je nezbytná vysoká úroveň přesnosti pohonů. Zejména v takových vysoce dynamických aplikacích ukazují pohony Ecostep své silné stránky, protože i při kolísání zátěže je díky zpětné vazbě polohy zaručeno přesné sledování zadané trasy. Protože u pohonů Ecostep, analogických s klasickými, ale i dražšími servopohony, jsou rychlost a poloha řízeny.

Na cílové čáře

Již nyní, asi půl roku před koncem projektu, se předpokládá, že budou stanovena cílová kritéria z hlediska přesnosti a dynamiky. Skutečnost, že nový tiskový proces přispívá k lepší lékařské péči, zvyšuje jejich závazek. Jak je tomu často u projektů tohoto typu, do nichž je zapojeno několik aktérů, ďábel je nakonec v detailech a v koordinaci mezi aktéry. Prototypy jsou již testovány na praktickou vhodnost.