Az exoskeleton CNC megmunkálása viselhető robotikai rendszerek alkatrészeit gyártja. Ez az eljárás biztosítja azt a pontosságot és ismételhetőséget, amelyre ezeknek az embertámogató rendszereknek szükségük van. Az orvosi exoskeletonok segítik a rehabilitációt és a mobilitást, míg az ipari változatok csökkentik a sérülések kockázatát. A magas szilárdság-tömeg arány elérése kulcsfontosságú. Hogyan kezeli az eljárás ezeknek a rendszereknek a speciális igényeit? A válasz az anyagválasztásban és a tervezési stratégiákban rejlik, amelyek egyensúlyt teremtenek a teljesítmény és a költségek között. Az összetett formák csökkentik a súlyt, miközben megőrzik a szerkezeti integritást, a szűk tűrések pedig biztosítják a mozgás simaságát.
Mi az exoskeleton CNC megmunkálás?
Definíció és alapvető munkafolyamat
Szubtraktív gyártás viselhető robotokhoz
Az exoszkeleton CNC megmunkálás során anyagot távolítanak el egy tömör tömbből a végső formák létrehozása érdekében. Ez a szubtraktív módszer lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy minden méretet és felületet kontrolláljanak. A megközelítés jól működik viselhető robotikai rendszereknél, mivel az illeszkedés befolyásolja a kényelmet és a funkciót. A folyamat egy fém- vagy műanyag tömbbel kezdődik. A gép mindent eltávolít, ami nem egyezik a 3D-s modellel. Ami marad, az egy precíz alkatrész, amely készen áll az összeszerelésre. A mérnökök azért választják a szubtraktív módszereket, mert a tömör tömböknek nincsenek belső hibáik vagy rétegvonalaik. Az anyagszerkezet az egész alkatrészben ugyanaz marad.
Automatizált vágás, fúrás és csiszolás
A CNC berendezések digitális programokat követnek a vágás, fúrás és köszörülés során. A gép leolvassa a szerszámpályákat, és azokon mozgatja a vágószerszámokat. A ciklus során nem történik manuális változtatás. Ez az automatizálás biztosítja az egységességet az egyik alkatrésztől a másikig. A kezelők betöltik az anyagot, és elindítják a programot. A gép emberi beavatkozás nélkül végzi el a többit. Minden alkatrész pontosan illeszkedik a tervhez. A program minden művelethez vezérli az orsófordulatszámot, az előtolási sebességet és a vágási mélységet. Különböző szerszámok kezelik a durva megmunkálást, a simító fogásokat és a részletmegmunkálást.
A HEI Junia Műszaki Iskola projektje valós példát mutat erre. Csapatuk CNC munkafolyamattal épített egy alumínium mozgásos külső vázat. Az automatizált folyamat lehetővé tette számukra, hogy megbízható, pontos méretű alkatrészeket állítsanak elő. A projekt bemutatta, hogyan hoznak létre szubtraktív módszerek könnyűszerkezetes szerkezeteket az emberi test kiegészítéséhez.
CNC megmunkálás robot exoskeletonokhoz
3 tengelyes nagyolás és 5 tengelyes simítás
A gyártók két szakaszra osztják a munkát. Először a 3 tengelyes nagyolás következik. Ez a lépés gyorsan eltávolítja a ömlesztett anyagot. A nagyobb szerszámok vastagabb rétegeket vágnak, hogy gyorsan elérjék a végső formát. A rövidebb szerszámhosszak merevebbé teszik az összeállítást. Ezután az 5 tengelyes simítás minden felületet finomít, hogy megfeleljen a tervezési specifikációnak.
Az 5 tengelyes asztal egyértelmű előnyökkel jár. A szerszám bármilyen szögből megközelíthető. Az alkatrész egy pozícióban rögzítve marad. Ezáltal elkerülhetők a beállítások közötti mozgatásból adódó hibák. A tipikus 5 tengelyes munka ±0.01 mm körüli tűréshatárokkal rendelkezik az illesztési alkatrészek esetében. Az összetett szerkezetekhez ±0.005 mm és ±0.05 mm közötti tartományra lehet szükség. Ezek a szoros számok biztosítják a szerelvény simán történő mozgását használat közben.
5 tengelyes képességek anatómiai alakzatokhoz
Az 5 tengelyes egyidejű megmunkálás olyan alakzatokat hoz létre, amelyek illeszkednek az emberi anatómiához. A szerszám egyszerre öt tengely mentén mozog. Ívelt vázszerkezeteket, üreges belső csatornákat és aszimmetrikus mechanikus házakat hoz létre. Ezek az alkatrészek egyszerűbb beállításokkal lehetetlenek lennének. A gép egyetlen művelettel elérheti az alámetszéseket és az összetett kontúrokat. A szerszám dönthető és forog, hogy rejtett felületekhez is hozzáférjen anélkül, hogy ütközne a munkadarabbal. Ez a képesség teszi az 5 tengelyes megmunkálást a viselhető robotika legjobb választásává.
Géptípusok és konfigurációk
Függőleges és vízszintes megmunkáló központok
A függőleges központok kisebb munkadarabokat kezelnek. Könnyen betölthetők és kezelhetők. A vízszintes központok nagyobb vázszerkezetekhez illenek. A gravitáció eltávolítja a forgácsokat a mély zsebekből. Mindkét típusnak megvan a maga helye az alkatrész méretétől és geometriájától függően.
| Géptípus | Anatómiai geometriájú külső vázú alkatrészek gyártásában betöltött szerep | Támogató részletek |
| 5 tengelyes megmunkálás | Anatómiai geometriák elsődleges gerince | Lehetővé teszi a szerszám bármilyen szögből történő megközelítését, kiküszöböli a többszöri beállítást, rögzíti az alkatrészt, így a geometriai kapcsolatok rögzítve maradnak |
| 3 tengelyes gép | Anatómiai geometriákhoz nem ajánlott | Többszörös beállítás halmozási hibákat okozhat, amelyek egy kritikus furatot a tűréshatáron kívülre tolhatnak; nem lehet elérni az alámetszéseket |
| Esztergák / Svájci típusú gépek | Másodlagos, a működtető alkatrészekhez | Svájci típusú precíziós esztergálás, amely elengedhetetlen a kis, hosszú, vékony alkatrészekhez, például működtető tengelyekhez, forgócsapokhoz és menetes betétekhez |
| Precíziós esztergáló központok élő szerszámokkal | Harmonikus hajtáskomponensekhez | Lehetővé teszi síkfelületek marását, keresztfuratok fúrását és menetvágást ugyanazon beállítással |
Többtengelyes rendszerek és svájci típusú esztergák
Az 5 tengelyes középpont az anatómiai munkák fő eszköze. Ez tartja az alakzatokat egy vonalban, mivel az alkatrész soha nem mozdul el másik beállításba. A standard 3 tengelyes gépek rossz választásnak bizonyulnak itt. Több beállítás halmozási hibákat okoz, amelyek egy kritikus furatot kinyomhatnak a tűréssávjából. Az 5 tengelyes rendszer teljesen kiküszöböli ezt a kockázatot. A gép egy dönthető forgóasztalon tartja az alkatrészt. Ez lehetővé teszi, hogy a szerszám egyetlen beállítással elérje az alkatrész öt oldalát. Komplex szögekhez nincs szükség speciális befogókra.
A svájci típusú esztergák kis forgó részeket kezelnek. Motorházakat, csapágygyűrűket és forgócsapokat gyártanak. Ezekhez szoros koncentrikusságra van szükség. A svájci típusú módszer az anyagot a vágószerszám közelében támasztja alá. Ez megakadályozza a lehajlást a vágás során.
A hajtott szerszámokkal ellátott esztergaközpontok rugalmasságot biztosítanak. Ugyanabban a beállításban marnak síkfelületeket, fúrnak keresztfuratokat és vágnak meneteket. Ez csökkenti a ciklusidőt és javítja a pontosságot. Az 5 tengelyes módszer egyetlen beállításban kezeli az összetett robotikus alakzatokat. Ezen géptípusok kombinálása a gyártók számára a viselhető robotika gyártásához szükséges teljes skálát biztosítja.
Anyagok külső váz CNC megmunkáláshoz
Titánötvözetek
5. és 23. évfolyam
A titán remek választás a súlyt hordozó külső váz alkatrészekhez. Az 5-ös fokozat a leggyakrabban használt típus. Erős és jól ellenáll a rozsdának. A 23-as fokozat puhább és biztonságosabb a test számára. Kevésbé valószínű, hogy allergiát okoz a bőrrel való érintkezéskor. Mindkét típus erős marad még sok használat után is.
Teherhordó illesztések és keretek
Ezek az ötvözetek nagyszerűen működnek illesztésekben és keretekben. Kiváló szilárdság-tömeg aránnyal rendelkeznek. Így az alkatrészek erősek, de nem nehezek. A titán ellenáll az izzadság és a nedvesség okozta károsodásoknak is. Ez biztonságossá teszi a viselését. A hátránya a költség és a forgácsolhatóság nehézsége. Nehezebb forgácsolni, mint az alumíniumot. A szerszámok gyorsabban kopnak, és a vágásnak lassabbnak kell lennie.
Alumínium ötvözetek
6061 és 7075 keretekhez
Az alumínium egy megbízható anyag a külső vázszerkezetekhez. A HEI Junia Műszaki Iskola projektje alumíniumot használt a mozgást segítő külső vázhoz. A 6061-es minőségű alumínium könnyen vágható és hegeszthető. A 7075-ös minőségű alumínium erősebb, de nehezebben alakítható. Mindkettő könnyű, ami fontos a viselhető eszközök esetében.
Eloxálás és felületkezelés
Az eloxálás védőréteget képez az alumíniumon. Ez növeli a kopásállóságot és lehetővé teszi a szín hozzáadását. Segít megelőzni a rozsdásodást is. A sima felület fontos a kényelem és a tisztaság szempontjából. Az olyan extra lépések, mint a szemcseszórás vagy a polírozás, javíthatják a tapintást.
Szénszál és műszaki műanyagok
CFRP megmunkálási kihívások
A szénszálas kompozitok nagyon erősek és merevek. Nagyon könnyűek. Ezek a tulajdonságok jól alkalmazhatók végtagtámaszoknál és vázakhoz. A szénszálas kompozitot azonban nehéz megmunkálni. A szálak gyorsan rojtosodnak és eltompítják a szerszámokat. A vágóport óvatosan kell kezelni. Fúráskor delamináció léphet fel.
PEEK, Delrin és Nejlon interfészek
A műszaki műanyagok különböző feladatokat látnak el. A PEEK kiválóan alkalmas forró vagy steril környezetbe. A delrin megtartja alakját és könnyen vágható. A nejlon elnyeli az ütéseket és a rezgéseket. Ezek az anyagok gyakran fém alkatrészek és a test között helyezkednek el. Csökkentik a súlyt és növelik a kényelmet. A megfelelő anyag kiválasztása befolyásolja a költségeket, a vághatóságot és a szükséges kidolgozást. Minden típusnak megvannak a maga előnyei.
Kritikus külső vázalkatrészek CNC megmunkálással
Az exoskeleton CNC megmunkálása a viselhető rendszerek működését lehetővé tevő fő robotalkatrészeket gyártja. Az illesztések, konzolok, házak és szerkezeti alkatrészek mind ebből a folyamatból származnak. Minden darabnak pontos specifikációknak kell megfelelnie. Az Indego projekt ezt jól mutatja. A mérnökök a Protolabs CNC megmunkáló és 3D nyomtatási szolgáltatásait használták a fejlesztés során. CNC szolgáltatásokat vettek igénybe az ultrahangos hegesztéshez szükséges alkatrészeket tartó szerelvények megmunkálásához. Ez a lépés kulcsfontosságú volt a robot exoskeleton megépítésében. Ugyanez a precizitás érvényesül a kész egység minden egyes részében.
Ízületek és ízületi mechanizmusok
Csuklószerelvények és forgócsatlakozók
A csuklópántok és a forgócsatlakozók alkotják bármely külső váz mozgó magját. Ezek az alkatrészek állandó mozgást és terhelést kezelnek. A csípőízület gömbcsuklós csatlakozásának támogatnia kell a hajlítást, a nyújtást, az abdukciót és az addukciót. Emellett a testsúlyt is viseli. Ehhez nagy szerkezeti stabilitásra és nagyon kevés holtjátékra van szükség. A CNC megmunkálás a CAD modellezéssel kombinálva lehetővé teszi a mérnökök számára, hogy a lehető legjobb illeszkedésű foglalatot tervezzék és vágják le. A gömbalkatrész akár néhány mikrométeres tűréshatárokkal is elkészíthető. A foglalatot ezeknek a tűréseknek megfelelően megmunkálják. Az így létrejövő szoros illeszkedés minimalizálja az ízületben a holtjátékot. Ezt követi a sima artikuláció. Ezután jön a megbízható biomechanikai teljesítmény.
A sima mozgás toleranciakövetelményei
A tűréshatár-szabályozás megkülönbözteti a jó kötéseket a nagyszerűektől. Az alábbi táblázat bemutatja, hogy mire van szükség a különböző alkatrészekhez.
| Összetevő | Pontossági követelmény | Gyártási részletek |
| Harmonikus reduktorok | ≤0.005 mm ellipszis a bütyökfelületeken | Ultravékony falú flexspline-ok (0.2–0.8 mm falvastagság) deformációjának szabályozása precíziós köszörüléssel |
| Lakókocsi reduktorok | ≤±0.01 mm-es pozíciópontosság | Komplex tűrésű cikloid fogprofilok és csapház furatok; kritikus fontosságú a nagy terhelésű robotalapoknál |
| Keresztezett gördülőcsapágyak | ≤0.003 mm kerekség; Ra ≤0.2 μm érdesség | A futópálya pontosságának megőrzése vékony falú szerkezetek esetén is |
| Csatlakozó házak | ≤0.02 mm-es többlyukú pozicionálási pontosság | Kiegyensúlyozott, könnyű 6061/7075 alumínium kialakítás szerkezeti merevséggel |
| Folyamatvezérlés | CPK > 1.33 nagy volumenű termelés esetén | Speciális szerelvények vékonyfalú deformációszabályozáshoz, gépi méréshez és kopáskompenzációhoz, SPC-hez és utófeldolgozáshoz, például eloxáláshoz és precíziós köszörüléshez |
A precíziós CNC megmunkálás pontos házakat és összetett útvonalakat is lehetővé tesz az érzékelők és a vezérlőkábelek számára. Ez lehetővé teszi a nyomásérzékelők egyenletes eloszlását, például a láb alattiakat. A kis mozgásokat is érzékeli a rendszer, és a válaszidő is javul. A többtengelyes precíziós megmunkálás alumínium és polimer ötvözetekből álló védőrétegeket hoz létre. Ezeket a rétegeket úgy alakítják ki, hogy illeszkedjenek az adott illesztési geometriákhoz. Megvédik az érzékeny érzékelőket és vezérlőegységeket a páratartalomtól és a környezeti károktól. A terhelés alatt álló gömbcsuklók esetében a fizikai gőzfázisú leválasztás, a kémiai gőzfázisú leválasztás, a polírozás és a precíziós megmunkálás csökkenti a kopást és a súrlódást. A precíziós megmunkálással és abrazív eljárásokkal végzett tükörfényes polírozás csökkenti a felületi hibákat. Ez segít abban, hogy az illesztés mozgása idővel sima maradjon.
Szerkezeti keretek és kapcsolatok
Topológia optimalizálás a súlycsökkentés érdekében
A viselhető rendszereknél a súly számít. Minden gramm befolyásolja, hogy a felhasználó mennyire érzi magát kényelmesen, és mennyire fárad el. A topológia optimalizálása eltávolítja az anyagot ott, ahol nincs rá szükség. Az eredmény egy olyan váz, amely megtartja szilárdságát, de plusz tömeget veszít. Ez az optimalizálás a megmunkálással együttműködve működik. A mérnökök először a terhelési útvonalakat szimulálják. Ezután levágnak mindent, ami nem hordoz feszültséget. A végső forma gyakran organikusnak tűnik. Erővonalakat követ, nem pedig egyszerű geometriai formákat.
Vékonyfalú és komplex geometriák
A vékony falú profilok és az összetett geometriák a megmunkálás határait feszegetik. Ezek a tulajdonságok súlyt takarítanak meg a merevség feladása nélkül. Ugyanakkor vágás közben rugalmasak is. Speciális készülékek tartják a vékony falakat. A gépen belüli mérés azonnal érzékeli az eltéréseket. A kopáskompenzáció élesen és pontosan tartja a szerszámokat. Az egy darabból álló CNC keretek megszabadítják az illesztésektől és a rögzítőelemektől. Ez tovább csökkenti a súlyt és növeli az általános merevséget. A kopható szerkezeti keretek profitálnak ebből a megközelítésből. A kialakítás könnyebbnek érződik a testen. Ismétlődő terhelés alatt is tovább tart.
Konzolok, házak és csatlakozók
Egyedi illesztésű interfészek az emberi anatómiához
A konzoloknak és csatlakozóknak illeszkedniük kell az emberi testhez. Minden felhasználónak más az alakja. Az egyedi illeszkedésű csatlakozófelületek megoldják ezt a problémát. A CNC megmunkálás minden konzolt a viselőhöz igazít. Ez javítja az ergonómiát és csökkenti a nyomáspontokat. Az ízületi házak ugyanezt a logikát követik. Körbetekerik az ízületeket és védik a belső mechanizmusokat. A csípő-/térdízületi házaknak pontos kontúrra van szükségük. A rossz illeszkedés kellemetlenséget okoz és korlátozza a mozgást. A jó illeszkedés természetesnek érződik. A felhasználó elfelejti, hogy az eszköz ott van.
Menetes betétek és rögzítési jellemzők
A menetes betétek és a rögzítőelemek mindent összetartanak. Ezek az apró részletek döntik el, hogy egy eszköz szorosan rögzül-e, vagy lazán fog elmozdulni. A CNC megmunkálás pontos menetemelkedéssel és mélységgel vágja a meneteket. Keresztfuratokat is fúr és síkfelületeket mar ugyanabban a beállításban. Ezáltal minden alkatrész illeszkedik. A működtető szerkezetek rögzítései ilyen szintű gondosságot igényelnek. Egy rosszul beállított menet terhelés alatt eltörhet. Egy jól megmunkált menet több ezer cikluson át tart. A működtető szerkezet biztonságos marad. Az egész rendszer megbízható marad.
Az exoskeleton CNC megmunkálás előnyei
Precíziós CNC megmunkálás és ismétlési pontosság
Szigorú tűréshatárok elérése
A szűk tűrések döntik el, hogy egy viselhető eszköz simán mozog-e, vagy elakad. A precíziós CNC megmunkálás olyan számokat ér el, amelyeket más módszerek nem tudnak elérni. A köszörülés tipikusan ±0.005 mm-es, legjobban pedig ±0.001 mm-es pontosságot biztosít. A CNC marás tipikusan ±0.025 mm-es, legjobban pedig ±0.005 mm-es pontosságot tart. A huzalszikraforgácsolás még szűkebb, ±0.0001 hüvelykes (0.0025 mm) vagy annál jobb pontosságot biztosít. Ezek a számok fontosak az illesztések és a működtetőelemek rögzítései szempontjából. Egy hanyag furat tönkreteszi az illesztést. Egy precíz furat pedig mindent pontosan működtet.
Összhang a gyártási folyamatok között
Az ismételhetőség az, ami megkülönbözteti a hobbiból épített darabokat a valódi termékektől. Minden egységnek meg kell egyeznie az elsővel. A CNC automatizálás ezt biztosítja. A gép minden ciklusban ugyanazt a programot követi. Emberi beavatkozások nem történnek. Ez az állandóság segíti az exoskeleton CNC megmunkálás skálázhatóságát az egyik prototípustól a teljes gyártásig. A vevők minden tételben azonos geometriát és illeszkedést kapnak.
Komplex geometriák és tervezési szabadság
Alsóvágások, kontúrok és organikus alakzatok
A teljes, 5 tengelyes, egyidejű megmunkálás mind az öt tengelyt egyszerre mozgatja. Ez lehetővé teszi az alámetszések és a formázott felületek létrehozását. Egy olasz mérnök a Lewei Precisionnel együttműködve egy teljes testű passzív külső vázat épített ezzel a módszerrel. A szerszám egyetlen beállítással több szögből közelít. Az áthelyezésből eredő kumulatív hibák eltűnnek. Lehetővé válnak az emberi anatómiát követő organikus formák.
Gyors prototípuskészítés és iteráció
A CNC és a 3D nyomtatás gyakran együttműködik. Az Indego projekt mindkettőt alkalmazta a fejlesztés során. A mérnökök CNC megmunkálásra támaszkodtak a szerelvények és a precíz alkatrészek esetében. Az additív gyártás kezelte az összetett geometriákat és a testreszabást. Ez a kombináció felgyorsítja az iterációt. A tervezők már korán tesztelik a valódi fém alkatrészeket. A problémákat még a szerszámok megmunkálása előtt észreveszik.
Anyagsokoldalúság és felületkezelés
Fémek, műanyagok és kompozitok
A CNC számos anyagot képes megmunkálni. Az alumínium, rozsdamentes acél, titán, sárgaréz, réz és az edzett acélok mind jól megmunkálhatók. Mindegyikhez más súly- és szilárdsági kompromisszumok tartoznak. Az alábbi táblázat bemutatja, hogyan viszonyul a CNC az additív gyártáshoz.
| Kategória | CNC megmunkálás | Adalékanyagok gyártása |
| Mechanikai erő | Erős, tömör alkatrészek tömör alapanyagból | A rétegkötés gyenge pontokat hoz létre |
| Tűrések | Nagyon szoros és következetes | Mérsékelt; technológiánként változó |
| Felület kidolgozása | Sima, gyakran összeszerelésre kész | Durvább; utófeldolgozást igényelhet |
| Bővíthetőség | Zökkenőmentesen skálázható teljes termelési szintre | Legjobb kis volumenű futásokhoz |
| Anyagbeállítások | Széles választék, beleértve a titánt is | Néhány fémben korlátozott |
| Szerkezeti integritás | Teljesen tömör; nincsenek tartószerkezetek | Hőkezelésre lehet szükség |
| Alkatrész mérete | Nem korlátozza az építési kamra | Az építési kamra mérete korlátozza az épület méretét |
| Hőellenállás | Stabil magas hőmérsékleten | Termikus torzulás kockázatai |
Megmunkált vs. polírozott felületek
A felületkezelés befolyásolja a kényelmet és a higiéniát. A megmunkálás utáni felületek jól működnek belső konzolokhoz és házakhoz. A polírozott felületek illeszkednek a bőrrel érintkező pontokhoz. A tükörszikra-szivárgási pontosság eléri a ±0.00005 hüvelyket (0.0013 mm) vagy annál jobbat. Ez a simasági szint csökkenti a súrlódást és a kopást. Emellett megkönnyíti a tisztítást orvosi használatra.
Tervezési szempontok az exoskeleton CNC megmunkálásához
A pontosság és a költség egyensúlyban tartása
A tűrések befolyásolják, hogy egy viselhető eszköz hogyan illeszkedik és hogyan érződik. Egy laza illesztés lötyög és kellemetlenséget okoz. Egy szoros illesztés simán mozog és természetesnek érződik. A szűkebb tűrések azonban többe kerülnek, mert a gép lassabban jár, a szerszámok gyorsabban kopnak, és az ellenőrzés tovább tart. A mérnököknek meg kell találniuk az optimális pontot. A kritikus illesztésekhez, mint például az illesztési furatok, a legszűkebb specifikációk szükségesek. A nem kritikus konzolok lazábbak lehetnek. Ez az egyensúly biztonságban tartja az eszközt anélkül, hogy túllépné a költségvetést.
GD&T legjobb gyakorlatok
A GD&T megmondja a gépésznek, hogy mi igazán számít. Meghatározza a referenciapontokat, az alaksajátosság-vezérlőket és a megengedett eltéréseket. A jó GD&T egyértelmű referenciapont-referenciákkal kezdődik, stabil felületek kiválasztásával. Használjon pozíciótűréseket a furatmintákhoz és profilvezérlést az ívelt felületekhez. Kerülje a funkciót nem befolyásoló alaksajátosságok túlzott tűréshatárait. Ez egyszerűvé teszi az ellenőrzést és csökkenti a selejtet. A cél a tervezési szándék közvetítése szükségtelen költségek hozzáadása nélkül.
Ra értékek a kényelem és a higiénia terén
A felületkezelés befolyásolja, hogy az eszköz hogyan érződik a bőrön. Az érdes felületek irritálják a bőrt és csapdába ejtik a baktériumokat, míg a sima felületek kellemesebbek és könnyebben tisztíthatók. Az Ra az átlagos felületi érdességet méri. Az alacsonyabb Ra simább felületet jelent. Az alábbi táblázat a tipikus követelményeket mutatja.
| Alkalmazás | Ra-hegység | Megjegyzések |
| Bőrrel érintkezési pontok | Alacsony Ra | Sima tapintású, könnyen tisztítható |
| Belső konzolok | Mérsékelt Ra | Funkcionális, nem érintett |
| Csatlakozási felületek | Alacsony Ra | Csökkenti a súrlódást és a kopást |
Utófeldolgozás orvosi és ipari felhasználásra
Az orvosi külső vázak különös gondot igényelnek. A polírozás eltávolítja a szerszámnyomokat és higiénikus felületet hoz létre. Az eloxálás védőréteget képez az alumíniumon. A szemcseszórás egyenletes matt megjelenést kölcsönöz. Az ipari egységek kihagyhatják a kozmetikai lépéseket, és ehelyett a kopásállóságra összpontosíthatnak. A megfelelő utófeldolgozás attól függ, hogy hol fogják használni az eszközt.
Beállítási idő és szerszámcserék
Minden beállítás költségeket növel, mivel a gép leáll, a kezelő áthelyezi az alkatrészt, és a pontosság ingadozhat. Az öttengelyes megmunkálás csökkenti a beállítások számát, mivel az alkatrész rögzítve marad. A kevesebb szerszámcsere időt is takarít meg. Egy jól megtervezett alkatrész kevesebb műveletet igényel, ami csökkenti a munkaerőt és a gépórákat. A gyárthatóság szem előtt tartása azt jelenti, hogy erre már a kezdeti szakaszban gondolni kell.
Az anyagválasztás hatása a költségekre
Az anyagválasztás kétféleképpen befolyásolja a költségeket. A nyersanyag ára széles skálán mozog. A titán drágább, mint az alumínium. A megmunkálhatóság is számít. A kemény anyagok gyorsabban koptatják a szerszámokat és lassabban forgácsolnak. A kézi exoskeleton alkatrészek költségbecslési modellje az anyagtípust használja bemenetként. Összeadja az anyagköltséget, a munkaerőt, a gép karbantartását, az értékcsökkenést és a feldolgozási időt. A megfelelő anyag kiválasztása egyensúlyt teremt a szilárdság, a súly és a költségvetés között. A cél a tartósság túlköltekezés nélkül.
A NOBLE kiválasztása külső vázú CNC megmunkáláshoz
Teljes körű tervezéstől az összeszerelésig
A NOBLE fémmel és műanyaggal dolgozik. De nem csak alkatrészeket vágunk. Gondoskodunk a tervezésről, a prototípusgyártásról, a gyártásról és az összeszerelésről is. Egy csapat kezel mindent az elejétől a végéig. Ez időt takarít meg és csökkenti a hibákat. A kommunikáció az első vázlattól a végső termékig egyértelmű.
Egy viselhető rendszerhez illeszkedő konzolokra, működtetőelemekre és elektronikus házakra van szükség. A NOBLE mindezeket a darabokat saját műhelyében gyártja. A szigorú tűrések az egész rendszerre kiterjednek. A végső eszköz simán mozog. Minden alkatrész megfelel az eredeti tervnek. Az összeszerelés elsőre sikerül.
ISO 9001:2015 és ISO 13485:2016
A tanúsítványok a testen viselt alkatrészekre vonatkoznak. A NOBLE ISO 9001:2015 szabvány szerint rendelkezik az általános minőségirányítási rendszerrel. Emellett ISO 13485:2016 szabvány szerint rendelkezünk az orvostechnikai eszközökre vonatkozóan. Ez a szabvány kulcsfontosságú a viselhető robotikai rendszerek esetében. Lefedi a tervezés-ellenőrzést, a gyártást és a végellenőrzést.
Az ISO 13485 szabvány nem minden beszállító számára kötelező, de ez a globális iparági szabvány, amelyet az orvosi robotgyártók elvárnak. Ez azt mutatja, hogy a partner ellenőrzött, nyomon követhető és validált gyártással rendelkező minőségbiztosítási rendszert működtet.
A különböző régiókban eltérő szabályok érvényesek. Az alábbi táblázat bemutatja, hogy mire van szükség a partnereknek az orvosi munkához.
| Tanúsítvány / Szabvány | Vidék | Kötelező szabványok |
| ISO 13485 | Globál | Tanúsított minőségirányítási rendszer, validált paraméterek, eszközelőzmény-nyilvántartások |
| FDA 21 CFR 820. rész | Egyesült Államok | Tervezési nyomonkövethetőség, folyamatvalidálás (IQ/OQ/PQ), tételszám nyomonkövethetőség |
| EU MDR 2017/745 | Európa | Műszaki dokumentációk, anyagtanúsítványok, kockázatkezelés (ISO 14971) |
| PMDA / MHLW | Japán | Gyártói regisztráció, JIS-kompatibilis tanúsítványok |
| TGA | Ausztrália | Alapelvek, biokompatibilitási összefoglalók |
A NOBLE megfelel ezeknek a szabványoknak. Az alkatrészei gyorsabban átmennek az auditokon.
Iparágak, amelyeket kiszolgálunk
Orvosi alkalmazások
Az orvosi exoskeletonok segítenek a betegeknek visszanyerni a mobilitásukat sérülés vagy betegség után. Ezeknek az eszközöknek precíz ízületekre és kényelmes érintkezési pontokra van szükségük. A NOBLE gépalkatrészei mindkét célt szolgálják. A sima felületkezelés megakadályozza a bőr irritációját hosszú távú viselés során. A szűk tűrések biztosítják az ízületek állandó és természetes mozgását. Az eredmény egy biztonságos, megbízható eszköz, amely támogatja a felépülést.
A klinikai exoskeletonok ugyanazokkal az igényekkel szembesülnek. Sterilizáláson és ismételt felhasználáson esnek át. Tanúsított partnerre támaszkodunk, aki bevált folyamatokkal rendelkezik annak biztosítására, hogy minden egyes egység megfeleljen a specifikációknak.
Ipari és katonai alkalmazások
Az ipari exoskeletonok csökkentik a sérülések kockázatát a gyárakban. A munkások nehéz terhek megerőltetés nélküli emelésére használják őket. A katonai változatok segítik a katonákat a felszerelés nagy távolságokon történő szállításában. Mindkettőnek strapabíró, könnyű alkatrészekre van szüksége, amelyek kibírják a nagy igénybevételt. A NOBLE alumíniumot és titánt használ ezekhez a feladatokhoz. A tervezés optimalizálásából adódó komplex geometriák nem jelentenek problémát. Az eredmény egy erős váz, amely nem nehezíti el a felhasználót.
Teljes körű megközelítésünk
Tervezési támogatás és prototípuskészítés
A jó tervezés később csökkenti a költségeket. A NOBLE segít a mérnököknek a forgácsolandó anyagok és jellemzők kiválasztásában. Korán megvizsgáljuk a tűréshatárokat, a kidolgozási igényeket és a költségtényezőket. A prototípusgyártás gyorsan megtörténik. Valódi alkatrészeket kapsz, amelyeket a teljes gyártás előtt tesztelhetsz az illeszkedés és a működés szempontjából. Ez akkor segít a problémák megoldásában, amikor a változtatások olcsók és gyorsak.
Gyártás, összeszerelés és minőségbiztosítás
A terv jóváhagyása után megkezdjük a gyártást. Gépeink minden ciklusban ugyanazt a programot futtatják. Minden alkatrész megegyezik az elsővel. Összeszerelés előtt minden darabot megvizsgálunk. Ezután mindent összeszerelünk és ellenőrizzük a kész egységet. A minőségi nyilvántartás minden megrendeléssel együtt jár. Ez teljes nyomon követhetőséget biztosít a nyersanyagtól a késztermékig.
Az exoskeleton CNC megmunkálás biztosítja a precíz, tartós és könnyű alkatrészeket, amelyeket az orvosi és ipari exoskeletonok megkövetelnek. Az anyagválasztás, a tervezési döntések és a folyamatkiválasztás mind meghatározza a teljesítményt és a költségeket. Egyetlen más módszer sem ér fel a CNC-megmunkálás pontosságával, ismételhetőségével és tervezési szabadságával. Ezért olyan fontos, hogy olyan partnert válasszunk, aki ért mind a megmunkálási, mind a robotikai alkalmazások igényeihez. A jövőre nézve a hibrid gyártás, a mesterséges intelligencia által vezérelt szerszámpálya-optimalizálás és a fejlett anyagok csökkentik a súlyt és javítják a felületi minőséget. Készen áll a következő exoskeleton megépítésére? Beszéljen a NOBLE-lal CNC megmunkálási igényeiről még ma.
GYIK az Exoskeleton CNC megmunkálásról
Mire használják az exoskeleton CNC megmunkálást?
Pontosan azokat az alkatrészeket gyártja, amelyekre a viselhető robotoknak szükségük van. Az ízületek, keretek, konzolok és házak mind ebből az eljárásból származnak. Orvosi eszközök használják az emberek felépülésének és mozgásának elősegítésére. Ipari és katonai rendszerek teherhordásra és sérülések megelőzésére. A módszer szűk tűréshatárokat és minden alkalommal változatlan eredményeket biztosít.
Mely anyagok a legalkalmasabbak külső váz alkatrészekhez?
Attól függ, milyen a feladat. Az 5-ös és a 23-as minőségű titán jól működik teherhordó kötésekhez. A 6061-es és 7075-ös alumínium jó vázakhoz. A szénszál súlyt takarít meg, de nehezen vágható. A PEEK és a Delrin műanyagok kezelik az illesztéseket és elnyelik az ütéseket. Minden egyes választás befolyásolja a költségeket, a vághatóságot és a kidolgozási igényeket.
Miért jobb az 5 tengelyes megmunkálás a 3 tengelyesnél külső vázak esetében?
Az öttengelyes gépek egyetlen beállítással vágnak test alakú alkatrészeket. Az alkatrész befogva marad, így a mozgatásából eredő hibák eltűnnek. A háromtengelyes megmunkáláshoz sok beállítás szükséges, és a halmozási hibák a tűréshatáron kívülre tolhatják a furatot. Az öttengelyes gépek olyan alámetszéseket és üreges csatornákat is elérnek, amelyeket az egyszerűbb gépek nem tudnak elérni.
Milyen szűkek lehetnek a tűrések az exoskeleton CNC megmunkálásakor?
A köszörülés tipikusan ±0.005 mm-t, legjobban ±0.001 mm-t ér el. A CNC marás tipikusan ±0.025 mm-t, legjobban pedig ±0.005 mm-t tart. A huzalszikraforgácsolás ±0.0001 hüvelyk vagy annál jobb pontossággal működik. Az illesztési felületeknek és a működtető szerelvényeknek ezekre az értékekre van szükségük a sima mozgás és a pontos beállítás érdekében.
Működhet együtt a CNC megmunkálás és a 3D nyomtatás?
Igen, és gyakran így is tesznek. Az Indego projekt mindkettőt használta a fejlesztés során. CNC-vel gyártott szerelvények és pontos fém alkatrészek. Az additív gyártás kezelte az összetett formákat és az egyedi munkákat. Ez a kombináció felgyorsítja a tesztelést, és lehetővé teszi a tervezők számára, hogy valódi alkatrészeket próbáljanak ki, mielőtt a teljes gyártás megkezdődne.
Milyen felületkezelésre van szükségük az orvosi exoskeletonoknak?
A bőrrel érintkező pontoknak alacsony Ra értékre van szükségük a kényelem és a könnyű tisztíthatóság érdekében. A belső konzolok közepes felületkezelést igényelhetnek, mivel senki sem ér hozzájuk. Az illesztési felületek esetében szintén alacsony Ra értékre van szükség a súrlódás és a kopás csökkentése érdekében. A polírozás, eloxálás és szemcseszórás gyakori utófeldolgozási lépések az orvosi egységek esetében.
Milyen tanúsítványokkal kell rendelkeznie egy megmunkáló partnernek?
Az általános minőségirányításhoz keresse az ISO 9001:2015 szabványt. Az ISO 13485:2016 az orvostechnikai eszközök esetében a legfontosabb. Lefedi a tervezés-ellenőrzést, a gyártást és az ellenőrzést. Regionális szabályok, mint például az FDA 21 CFR Part 820 és az EU MDR 2017/745 is érvényesek lehetnek. Ezek a szabványok azt mutatják, hogy a partner ellenőrzött, nyomon követhető üzemet működtet.
Hogyan csökkenthetem az exoskeleton CNC megmunkálás költségeit?
Csökkentse a beállítások és szerszámcserék számát. Az öttengelyes megmunkálás rögzíti az alkatrészt, ami időt és munkaerőt takarít meg. Válasszon olyan anyagokat, amelyek egyensúlyt teremtenek a szilárdság, a súly és a megmunkálhatóság között. Lazítsa meg a tűrést a nem kritikus konzolokon. A gyárthatóságot szem előtt tartó jó tervezés csökkenti a költségeket anélkül, hogy feláldozná a pontosságot ott, ahol az számít.
