Hoje, com impressão 3-D, você pode fazer quase tudo em questão de horas. Contudo, garantir que a peça funcione de maneira confiável leva semanas ou até meses.

Até agora.

Sandia National Laboratories projetou e construiu uma célula de trabalho de seis lados, semelhante a uma mesa circular, com um robô comercial em seu centro que realiza testes de alto rendimento para determinar rapidamente o desempenho e as propriedades da peça.

Eles chamam isso de flexível, sistema modular e escalável Alinstante, Espanhol para "em um instante". Sandia está procurando parceiros da indústria para ajudar a expandir ou descobrir mais usos para o novo sistema de teste robótico.

A tecnologia para acelerar a qualificação e os testes foi o resultado do desafio do cientista de materiais da Sandia Brad Boyce na primavera de 2015. Boyce estava trabalhando em um projeto financiado por Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido por Laboratório para melhorar a qualificação de peças impressas em 3D personalizadas.

“Na fabricação tradicional de metais, há muita experiência e sutileza no controle de processos para produzir metais com propriedades uniformes. Quando fomos para a fabricação de laser, tivemos que dar um passo para trás e repensar a qualificação, " ele disse.

Boyce já havia desenvolvido uma máquina para testes de tração de alto rendimento - puxando um objeto até que se encaixe - mas para este projeto ele sabia que precisava de um mais geral, solução flexível. Ele se virou para o grupo de robótica de Sandia.

"Uma vez que nos comprometemos com a automação, percebemos que as barreiras poderiam ser superadas, "disse Boyce." Sim, investimos algum tempo e dinheiro, mas o verdadeiro desafio foi sair da mentalidade de 'negócios como de costume' para entender que precisamos de uma solução mais rápida. "

Projetando um modular, célula de trabalho flexível

O robô comercial fica no centro da célula de trabalho hexagonal com até seis estações de trabalho "pétalas" ao seu redor. Cada estação de trabalho pode ter um sistema de teste comercial ou personalizado diferente, e as estações de trabalho podem ser trocadas dentro e fora, dependendo do tipo de testes necessários. Também, por causa da forma hexagonal, pétalas múltiplas podem ser combinadas em uma estrutura semelhante a um favo de mel. Isso permite transferências de pétala para pétala para fornecer escalabilidade de teste quase ilimitada.

O engenheiro mecânico da Sandia, Ross Burchard, liderou o projeto da célula de trabalho. Em 2016, Burchard e um estagiário exploraram muitas configurações físicas diferentes antes de decidirem pelo design hexagonal da pétala.

"Meu desafio era:como você cria uma célula de trabalho com um robô e várias estações de teste que também são modulares e escaláveis?" disse Burchard. Uma vez que a configuração foi selecionada, Burchard e sua equipe construíram a primeira célula de trabalho. Eles adaptaram hardware disponível comercialmente sempre que possível para eficiência e economia de dinheiro.

Além de construir a placa de piso hexagonal e pedestal para o robô comercial, a equipe instalou cortinas de luz de segurança onde quer que uma pessoa e o robô pudessem interagir. As cortinas de luz são configuradas de forma que, se uma pessoa entrar na cela de trabalho, ou se o braço robótico estender a mão para fora da célula de trabalho, o feixe de luz é interrompido e o robô para automaticamente.

"A segurança é sempre nossa preocupação número 1, "disse Tim Blada, o roboticista que está liderando o design da interface do software. "Cada linha de código que escrevemos, cada peça de fixação mecânica que fazemos, é sempre a segurança em primeiro lugar. 'Como isso é seguro? Posso fazer isso sem arriscar ferimentos? '"

Rápido, teste automatizado com uma interface de usuário modular fácil de usar

No final do verão, Blada espera ter uma interface de usuário que permita a um leigo colocar suas peças em uma bandeja no rack de peças, selecione alguns testes e obtenha seus dados automaticamente. A arquitetura do software também precisa ser modular para que novos módulos e testes possam ser adicionados facilmente, ele disse.

O protótipo da célula de trabalho Alinstante possui apenas duas estações de teste e um rack onde os usuários podem colocar suas peças. A primeira estação é um scanner leve estruturado pronto para uso que pode converter uma digitalização em um modelo 3-D para comparação quantitativa direta com o design original pretendido. A segunda estação é um quadro de reação para testar propriedades físicas, como testes de tração e compressão, que está empurrando um objeto até que ele amasse.

Próximo, a equipe quer adicionar um espectrômetro de decomposição induzido por laser ao Alinstante, disse Burchard. Este teste seria particularmente útil para determinar a consistência lote a lote na composição química das peças de uma maneira minimamente destrutiva.

"Sandia tem laboratórios de teste que podem realizar todos esses testes, no entanto, leva algumas semanas para programar cada um deles, o que pode adicionar até um ou dois meses de teste. Alinstante pode reduzir a carga de agendamento para o teste, acelerando bastante o tempo de resposta, "disse Burchard. O Alinstante também reduz a chance de erro humano e produz dados que são mais consistentes e reproduzíveis do que os testadores humanos.

'Arranhando a superfície' do teste de protótipo e descoberta de materiais

"Agora mesmo, Alinstante está apenas arranhando a superfície do que poderia ser, "disse Boyce." Poderíamos integrar a impressora, sistemas de processamento - como um forno de tratamento térmico ou um moedor - e muitos outros testes de pós-processamento. "

Tomografia de raios-x, testes de corrosão e medições de densidade são apenas alguns exemplos dos testes que a equipe gostaria de adicionar ao Alinstante.

Blada adicionou, "Alinstante pode ser usado para fazer protótipos rápidos ou para fabricação de pequenos lotes. Isso seria útil para qualquer pequena empresa ou indústria onde eles estão fazendo pequenos lotes e precisam testá-los ou até mesmo embalá-los."

A equipe da Alinstante está em busca de parceiros para apoiar o desenvolvimento de novos módulos que atendam ao seu teste rápido, necessidades de prototipagem ou pesquisa e desenvolvimento, disseram Boyce e Blada.

Como roboticista, Blada está ansioso para colocar a resistência de Alinstante à prova. "Em teoria, você poderia administrar essa coisa para sempre, se você tivesse peças suficientes, " ele disse.

Como cientista de materiais, Boyce espera poder usar o Alinstante para rápida descoberta de materiais e para avanços fundamentais em desempenho e confiabilidade de ligas.

Mas mesmo antes que essa visão se torne realidade, O Alinstante pode fornecer benefícios significativos. Boyce disse, “Sexta-feira à tarde, você diz à impressora 3-D 'Quero que você imprima esta parte de 10 maneiras diferentes e depois teste cada uma'. Você volta na segunda de manhã e Alinstante lhe diz qual processo foi o melhor. Deixe o robô fazer todo o trabalho de logística e tirar o humano do circuito, exceto para tomar as decisões importantes de engenharia. "