Ανάπτυξη Ψηφιακά Καθοδηγούμενης Διάταξης δύο καρτεσιανών αξόνων κίνησης, για εργαλειομηχανή προσθετικής κατασκευής τεμαχίων κατά στρώσεις τύπου SLS/SLM.

Abstract

Το αντικείμενο αυτής της μεταπτυχιακής διατριβής είναι η κατασκευή συστήματος ψηφιακά καθοδηγούμενης καρτεσιανής διάταξης, υπεύθυνης για την κίνηση της δέσμης Laser σε μία διάταξη μηχανής τύπου SLS/SLM. Στο εισαγωγικό κεφάλαιο πραγματοποιείται μια περιγραφή των γενικότερων χαρακτηριστικών των SLS/SLM μηχανών, και δίνονται εισαγωγικές γνώσεις σχετικά με τις αρχές αριθμητικού ελέγχου και των CNC μηχανών. Έπειτα, στο κεφάλαιο 2 παρουσιάζεται η γενική διάταξη της κατασκευής, ενώ εν τάχει απαριθμούνται τα επιμέρους τμήματα τα οποία απαρτίζουν το σύνολο της σχεδιαζόμενης διάταξης. Στο κεφάλαιο 3 αναπτύσσεται η θεωρία για τη φύση, τη λειτουργία και τον τρόπο διαχείρισης της κάρτας αυτομάτου ελέγχου Pmac, η οποία αποτελεί το κύριο μέσο διαχείρισης, εποπτείας κι επιτελικού ελέγχου του λοιπού εξοπλισμού. Στο κεφάλαιο 4 αναλύονται οι τεχνικές εγκατάστασης, διασύνδεσης και παραμετροποίησης του εν λόγω ελεγκτή, με το υπόλοιπο μηχανολογικό και ηλεκτρολογικό σύστημα. Παρατίθενται όλες οι σχετικές λεπτομέρειες και οι επιλογές που έγιναν, ενώ επόμενα, στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζεται η δυνατότητα διαχείρισης του συνόλου της διάταξης, με τη βοήθεια μιας πιλοτικής εφαρμογής ελέγχου, καθώς και η διαδικασία υλοποίησης της. Ακολούθως στο κεφάλαιο 6 πραγματοποιούνται οι απαραίτητες δοκιμές προς διεξαγωγή μετρήσεων για την ακρίβεια, την αξιοπιστία και την απόκριση της διάταξης, ενώ τέλος στο κεφάλαιο 7, παρουσιάζονται τα συμπεράσματα από την ανάλυση των αποτελεσμάτων και μελλοντικές βελτιώσεις - υλοποιήσεις σχετικά με τη διάταξη και το ευρύτερο πλαίσιο της κατασκευής. Συμπερασματικά, η διατριβή παραθέτει τη γενικευμένη μεθοδολογία κατασκευής της διάταξης του παραπάνω καρτεσιανού συστήματος δύο βαθμών ελευθερίας, παρουσιάζοντας την δυσκολία και την ανάγκη αναγνώρισης των πραγματικών δυνατοτήτων-προδιαγραφών του διαθέσιμου εξοπλισμού, την απόδοση της διάταξης σε σχέση με τις προδιαγραφές του εξοπλισμού το περιβάλλον εφαρμογής, τις αβεβαιότητες που παρουσιάζονται και πρέπει να λυθούν με διεξαγωγή πειραμάτων, αλλά και την παραμετροποίηση του χρήστη με έμφαση στην προσαρμοστικότητα και την προστασία του παρεχόμενου εξοπλισμού. Τέλος παρατίθεται η ανάλυση πειραματικών αποτελεσμάτων από την εκτέλεση δοκιμαστικών εφαρμογών, ενώ παρουσιάζεται η πιλοτική εφαρμογή που παρέχει επαυξημένες δυνατότητες ως προς τις επιλογές που παρέχονται στο χρήστη, ενώ ταυτόχρονα αποτελεί μια ικανή βάση για περαιτέρω επεκτάσεις στο επίπεδο εμπειρίας του με τη γλώσσα προγραμματισμού και τις εκάστοτε ανάγκες του.

The subject of this master thesis is to build a numerically controlled device of two Cartesian motion axes, responsible for controlling the Laser beam of an additive layered manufacturing SLS/SLM machine tool. In the introductory chapter a general description of the main characteristics of SLS/SLM machines is made, and introductory knowledge on the principles of numerical control and CNC machines is provided. Chapter 2 describes the general layout of the structure, briefly listing the individual parts of the proposed development. Chapter 3 explains the operation principles of the automation controller (Pmac), which is the main-part equipment responsible for the management, supervision and control of the related mechanical systems. Chapter 4 analyzes the installation, interconnection and configuration procedures, when connecting the controller with the remaining parts of mechanical and electrical system. Chapter 5 presents the capabilities of managing the entire system with the help of pilot control software, and the whole implementation process of the latter, as well. In chapter 6 the necessary tests conducted for assessing accuracy, reliability and responsiveness of the device are presented. Finally, in section 7 the conclusions are presented the results are analyzed regarding the whole development process, and future improvements -are suggested. In conclusion, the general construction methodology of the above Cartesian system of two degrees of freedom is outlined, showing the difficulty and the need to recognize the real potential-specification of the equipment, the performance of the device compared to the specifications of the equipment the application environment, uncertainties that arise and must be solved by conducting experiments, and the customization of the user focus on adaptability and protection of the supplied equipment. Finally, first results from the implementation of pilot applications in standard parts processing are analyzed, while the pilot software presents enhanced user possibilities, and also a sufficient basis for further extension taking into account the level of user experience with this programming language and custom industrial needs.