Удосконалення конструкції вузла екструдера мобільної робототехнічної платформи для 3D-друку великомасштабних структур
DOI:
https://doi.org/10.33216/1998-7927-2022-275-5-28-34Ключові слова:
адитивне виробництво, мобільна робототехнічна платформа, чисельний розрахунок, будівництво, вузол екструдера, вихрові струмиАнотація
Адитивне виробництво має величезний потенціал у будівельній галузі, а також при виробництві та ремонті дорожніх покриттів. Робототехнічний 3D-друк великомасштабних структур дозволяє архітекторам і будівельникам значно розширити межі проектування конструкцій та підвищити ефективність їх будівництва.Мобільні платформи для 3D-друку дозволяють вирішити проблему обмеженого робочого простору. З метою підвищення ефективності та економічності мобільної робототехнічної платформи для технології 3D-друку великомасштабних структур пропонується вдосконалити конструкцію вузла екструдера. Це досягається шляхом об’єднання електродвигуна, шнекового екструдера та нагрівача в одному корпусі. Такий підхід дає економію маси та розмірів, а також суттєве підвищення коефіцієнту корисної дії та надійності системи за рахунок функціональної інтеграції та повного використання дисипативної складової енергії. Пропонований перетворювач для мобільної робототехнічної платформи використовує зовнішній ротор-шнек, який одночасно виконує функції ротора асинхронного двигуна, нагрівального елемента, виконавчого механізму і захисного корпусу. Метою роботи є оцінка ефективності використання шнекового перетворювача у складі мобільної робототехнічної платформи для адитивного виробництва. Для досягнення мети проведено кінцево-елементний розрахунок і аналіз просторового розподілу вихрових струмів на ділянці порожнистого феромагнітного ротора. За допомогою програмно-обчислювального комплексу Comsol Multiphysics отримано картини розподілу z-складової густини вихрових струмів, а також розподілу густини дисипованої потужності, що враховує всі види втрат в роторі. Характер розподілу густини дисипованої потужності в роторі істотно змінюється зі збільшенням частоти поля, що впливає на якість теплової дії на матеріал.Результати просторового розподілу вихрових струмів ротора дозволяють удосконалити конструкцію перетворювача, забезпечити задані значення температури та градієнта, які, своєю чергою, визначають механічні властивості матеріалу на виході пристрою.
Посилання
1. Yuk H., Lu B., Qu K., Xu J., Zhao X., Lin S., Luo J. 3D print-ing of conducting polymers. / H. Yuk, B. Lu, K. Qu, J. Xu, X. Zhao, S. Lin, J. Luo // Natural Communication. – 2020. Vol. 11, article number 1604.
2. Jankovics D. Customization of automotive structural com-ponents using additive manufacturing and topology opti-mization. / D. Jankovics // IFAC-PapersOnLine. – 2019. Vol. 52(10). – P. 212-217.
3. Wohlers T.T., Campbell I., Diegel O., Huff R., & Kowen J. Wohlers report 2020: 3D printing and additive manufac-turing state of the industry. / T.T. Wohlers, I. Campbell, O. Diegel, R. Huff, & J. Kowen // Fort Collins: Wohlers Associates. –2021.
4. Keating S., Spielberg N.A., Klein J., Oxman N. A com-pound arm approach. Robotic Fabrication in Architecture. / S. Keating, N.A. Spielberg, J. Klein // Oxman N.Dordrecht: Springer. – 2014. P. 99–110.
5. Efe Tiryaki M., Zhang X., Pham Q.C. Printing-while-moving: A new paradigm for large-scale robotic 3D Print-ing. / M. Efe Tiryaki, X. Zhang, Q.C. Pham // IEEE Inter-national Workshop on Intelligent Robots and Systems. – 2018. Vol. 4. P. 2286–2291.
6. Hall N. IAAC Minibuilders small robots with big ambi-tions. 3D Print Ind, WA. [Elektronic resurs] / IAAC. 2016. URL: https://3dprintingindustry.com/news/iaac-minibuilders-small-robots-big-ambitions-83257/.
7. Jackson R.J., Wojcik A., Miodownik M. 3D printing of asphalt and its effect on mechanical properties / R.J. Jack-son, A. Wojcik, M. Miodownik // Materials & Design. – 2018. Vol. 160. P. 468–474.
8. Johansson A. 3D printing robot may be the solution to po-tholes, PSFK. [Elektronic resurs] / A. Johansson URL: https://www.psfk.com/print-post?format=pdf&id=322046.
9. Dobzhanskyi O., Amiri E., Gouws R. Comparison analysis of electric motors with two degrees of mechanical freedom: PM synchronous motor vs induction motor. / O. Dobzhanskyi, E. Amiri, R. Gouws. // II International Young Scientists Forum on Applied Physics and Engi-neering. – 2016. P. 14–17.
10. Alwash J.H., Qaseer L.J. Three-dimension finite element analysis of a helical motion induction motor. / J.H. Alwash, L.J. Qaseer // ACES. – 2010. Vol. 25, No 8. P. 703–712.
11. Bolognesi P. A novel rotary-linear permanent magnets synchronous machine using common active parts. / P. Bolognesi // 15th IEEE Mediterranean Electrotechnical Conference. – 2010. P. 1179–1183.
12. Bentia I., Szabo L. Rotary-linear machines / I. Bentia, L. Szabo // A survey. Journal of Computer Science and Control Systems. – 2010. Vol. 3. P. 11–14.
13. Zhao J., Liu X., Xin Z., Han Y. Research on the energy-saving technology of concrete mixer trucks. / J. Zhao, X. Liu, Z. Xin, Y. Han // 4th IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications. Xi’an. – 2009. P. 3551–3554.
14. Szczygieł M., Kluszczyński K. Rotary-linear induction motor based on the standard 3-phase squirrel cage induction motor – constructional and technological features. / M. Szczygieł, K. Kluszczyński // Czasopismo Techniczne. Elektrotechnika. – 2016. Vol. 1. 395–406.
15. Bolognesi P., Bruno O., Landi A., Sani L., Taponecco L. Electromagnetic actuators featuring multiple degrees of freedom: A survey. / P. Bolognesi, O. Bruno, A. Landi, L. Sani, L. Taponecco. // 16th International Conference on Electrical Machines. – 2004. P. 1–6.
16. Dobzhanskyi O., Gouws R. 3-D Finite element method analysis of twin-armature permanent magnet motor with two degrees of mechanical freedom. / O. Dobzhanskyi, R. Gouws. // Springer Electrical Engineering. – 2017.Vol. 99, No. 3. P. 997–1004.
17. Zablodskiy M., Zhiltsov A., Kondratenko I., Gritsyuk V. Conception of efficiency of heat electromechanical complex as hybrid system. / M. Zablodskiy, A. Zhiltsov, I. Kondratenko, V Gritsyuk // Electrical and Computer Engineering (UKRCON). – 2017 P. 399–404.
18. ZablodskiyN., Pliugin V., Gritsyuk V. Submersible elec-tromechanical transformers for energy efficient technologies of oil extraction. / N. Zablodskiy, V. Pliugin, V. Gritsyuk // Progressive Technologies of Coal, Coalbed Methane, and Ores Mining. – 2014. Vol. 9. P. 223–227.
19. Gieras J.F. Performance calculation for a high-speed solid-rotor induction motor / J.F. Gieras // IEEE transactions on industrial electronics. – 2012. – Т. 59. – № 6. – P. 2689−2700.
20. Aho T. Experimental and finite element analysis of solid rotor end effects / T. Aho, J. Nerg, J. Pyrhonen // Industrial Electronics. – 2007. P. 1242−1247.
21. Papini L. Analytical-numerical modelling of solid rotor induction machine / L. Papini, C. Gerada // Electrimacs. – 2014. P. 121−126.
22. Zablodskii N.N., Plyugin V.E., Gritsyuk V.Y., Grin G.M. Polyfunctional electromechanical energy transformers for technological purposes / N.N. Zablodskii, V.E. Plyugin, V.Y. Gritsyuk, G.M. Grin // Russian Electrical Engineer-ing. – 2016. Vol. 87. P. 140–144.
