Hoy dia, con impresión 3-D, puedes hacer casi cualquier cosa en cuestión de horas. Sin embargo, asegurarse de que la pieza funcione de forma fiable lleva semanas o incluso meses.

Hasta ahora.

Sandia National Laboratories ha diseñado y construido una celda de trabajo de seis lados, similar a un escritorio circular, con un robot comercial en su centro que realiza pruebas de alto rendimiento para determinar rápidamente el rendimiento y las propiedades de la pieza.

Ellos llaman a esto flexible sistema modular y escalable Alinstante, Español para "en un instante". Sandia está buscando socios de la industria para ayudar a expandir o descubrir más usos para el nuevo sistema de pruebas robóticas.

La tecnología para acelerar la calificación y las pruebas fue el resultado del desafío del científico de materiales de Sandia Brad Boyce en la primavera de 2015. Boyce estaba trabajando en un proyecto financiado por Investigación y Desarrollo Dirigido por Laboratorio para mejorar la calificación de piezas impresas en 3D personalizadas.

"En la fabricación tradicional de metales, hay mucha experiencia y delicadeza en el control de procesos para producir metales con propiedades uniformes. Cuando pasamos a la fabricación de láser, tuvimos que dar un paso atrás y repensar la calificación, " él dijo.

Boyce ya había desarrollado una máquina para pruebas de tracción de alto rendimiento, tirando de un objeto hasta que se rompe, pero para este proyecto sabía que necesitaba un método más general, solución flexible. Se volvió hacia el grupo de robótica de Sandia.

"Una vez que nos comprometimos con la automatización, nos dimos cuenta de que las barreras se podían superar, "dijo Boyce." Sí, invertimos algo de tiempo y dinero, pero el verdadero desafío fue salir de la mentalidad de 'seguir como de costumbre' para comprender que necesitamos una solución más rápida ".

Diseñando un modular, celda de trabajo flexible

El robot comercial se encuentra en el centro de la celda de trabajo hexagonal con hasta seis estaciones de trabajo de "pétalos" a su alrededor. Cada estación de trabajo puede tener un sistema de prueba comercial o personalizado diferente, y las estaciones de trabajo se pueden intercambiar dentro y fuera según el tipo de pruebas necesarias. También, debido a la forma hexagonal, se pueden combinar varios pétalos en una estructura en forma de panal. Eso permite transferencias de pétalo a pétalo para proporcionar una escalabilidad de prueba casi ilimitada.

El ingeniero mecánico de Sandia, Ross Burchard, dirigió el diseño de la celda de trabajo. En 2016, Burchard y un pasante exploraron muchas configuraciones físicas diferentes antes de decidirse por el diseño de pétalos hexagonales.

"Mi desafío fue:¿Cómo se puede crear una celda de trabajo con un robot y varias estaciones de prueba que también sea modular y escalable?" dijo Burchard. Una vez seleccionada la configuración, Burchard y su equipo construyeron la primera celda de trabajo. Adaptaron hardware disponible comercialmente siempre que fue posible para lograr eficiencia y ahorrar dinero.

Además de construir la placa de piso hexagonal y el pedestal para el robot comercial, el equipo instaló cortinas de luz de seguridad dondequiera que una persona y el robot pudieran interactuar. Las cortinas de luz están colocadas de modo que si una persona entra en la celda de trabajo, o si el brazo robótico sale de la celda de trabajo, el haz de luz se interrumpe y el robot se detiene automáticamente.

"La seguridad es siempre nuestra principal preocupación, "dijo Tim Blada, el especialista en robótica que dirige el diseño de la interfaz del software. "Cada línea de código que escribimos, cada pieza de fijación mecánica que hacemos, La seguridad es siempre lo primero. '¿Cómo es esto seguro? ¿Puedo hacer esto sin arriesgarme a sufrir lesiones? '"

Rápido, pruebas automatizadas con una interfaz de usuario modular fácil de usar

Al final del verano Blada espera tener una interfaz de usuario que permita a un no experto colocar sus piezas en una bandeja en el estante de piezas. seleccione algunas pruebas y obtenga sus datos automáticamente. La arquitectura del software también debe ser modular para que se puedan agregar fácilmente nuevos módulos y pruebas. él dijo.

El prototipo de celda de trabajo Alinstante solo cuenta con dos estaciones de prueba y un rack donde los usuarios pueden colocar sus piezas. La primera estación es un escáner de luz estructurado listo para usar que puede convertir un escaneo en un modelo 3-D para una comparación cuantitativa directa con el diseño original previsto. La segunda estación es un marco de carga para probar propiedades físicas, como pruebas de tracción y compresión, que empuja un objeto hasta que cruje.

Próximo, el equipo quiere agregar un espectrómetro de ruptura inducida por láser a Alinstante, dijo Burchard. Esta prueba sería particularmente útil para determinar la consistencia de un lote a otro en la composición química de las piezas de una manera mínimamente destructiva.

"Sandia tiene laboratorios de pruebas que pueden realizar todas estas pruebas, sin embargo, se necesitan algunas semanas para programar cada uno de ellos, lo que puede sumar hasta uno o dos meses de prueba. Alinstante puede reducir la carga de programación de las pruebas, acelerando enormemente el tiempo de respuesta, ", dijo Burchard. Alinstante también reduce la posibilidad de error humano y produce datos que son más consistentes y reproducibles que los probadores humanos.

'Arañando la superficie' de las pruebas de prototipos y el descubrimiento de materiales

"Ahora, Alinstante realmente está rascando la superficie de lo que podría ser, ", dijo Boyce." Podríamos integrar la impresora, sistemas de procesamiento, como un horno de tratamiento térmico o un molinillo, y muchas otras pruebas de posprocesamiento ".

Tomografía de rayos X, Las pruebas de corrosión y las mediciones de densidad son solo algunos ejemplos de las pruebas que el equipo quisiera agregar a Alinstante.

Blada agregado, "Alinstante se puede utilizar para la creación rápida de prototipos o para la fabricación de lotes pequeños. Esto sería útil para cualquier pequeña empresa o industria en la que estén fabricando piezas de lotes pequeños y necesiten probarlas o incluso empaquetarlas".

El equipo de Alinstante está buscando socios para apoyar el desarrollo de nuevos módulos que cumplan con sus pruebas rápidas, necesidades de creación de prototipos o de investigación y desarrollo, dijeron Boyce y Blada.

Como roboticista, Blada espera poder poner a prueba la resistencia de Alinstante. "En teoría, podrías ejecutar esto para siempre, si tuvieras suficientes partes, " él dijo.

Como científico de materiales, Boyce espera poder utilizar Alinstante para el descubrimiento rápido de materiales y avances fundamentales en el rendimiento y la confiabilidad de las aleaciones.

Pero incluso antes de que esta visión se convierta en realidad, Alinstante puede proporcionar importantes beneficios. Boyce dijo, "El viernes por la tarde le dices a la impresora 3D 'Quiero que imprimas esta pieza de 10 formas diferentes y luego pruebes cada una'. Vuelve el lunes por la mañana y Alinstante le dice qué proceso fue el mejor. Deje que el robot haga todo el trabajo de logística y saque al ser humano del circuito, excepto para tomar las decisiones importantes de ingeniería ".