Contributions for the Development of a Robotic Cell for the Additive Manufacturing of Metallic Parts

Abstract

In the first instance, this work aims to proceed with a systematic review about the development of a robotic cell for the additive manufacturing of metal parts.To this end, this thesis presents fundamental concepts that focus more on the development of the robotic cell and on the command and control system, namely the CAD interface, the layering of the printed object, and the generation of the robot´s path.In addition, it is important to recognize that laser cladding is the method contemplated for the manufacturing method and that for the robot´s path generation several simulation programs were considered, resulting in different solutions for the manipulation of the robot.The programs chosen for the development of this system are Slic3r, Inventor, Kuka.Sim, Kuka.Officelite, RobotStudio, Visual Studio, and Pycharm.Through these programs, this work aims to develop a functional simulation system capable of reproducing generic components selected by the user, specifically in the pathing protocol outlined.For this purpose, a graphical user interface was conceived with the ability of providing the user with control over the simulation process, enabling the selection of the desired component, and the preparation of the simulation system.Since the project in which this thesis integrates in envisions the practical integration in an industrial setting, the simulation solutions developed focus particularly in the simulation environments of specific robot manufacturers, namely ABB and KUKA. This was so that their future integration in the actual production cell is more efficient.

Este trabalho tem como objetivo um análise sistemática do processo de desenvolvimento de uma célula robótica para a produção aditiva de peças metálicas.Para tal, este documento apresenta conceitos fundamentais neste tipo de sistemas, dando importância ao desenvolvimento da célula robótica e no sistema de comando e controlo, nomeadamente na interface ao CAD, corte em camadas e geração de trajetórias para o robô.Além destas considerações é importante reconhecer que o método de produção aditiva considerado é um processo de deposição com laser, e que para a geração de trajetórias do robô vários programas de simulação foram considerados, resultando em diferentes soluções para a manipulação do robô.Os programas considerados no desenvolvimento deste sistema são: Slic3r, Inventor, Kuka.Sim, Kuka.Officelite, RobotStudio, Visual Studio e Pycharm.Através destes programas, procurou-se o desenvolvimento de sistemas de simulação capazes de reproduzir num ambiente virtual, a peça desejada, sendo comandada por um utilizador usando uma interface gráfica desenvolvida para esse propósito. Esta interface tem a capacidade de selecionar a peça, que por sua vez será traduzida num conjunto de instruções para o robô, através de um programa concebido e integrado no sistema de comando e controle, na qual a interface faz parte.Como o trabalho investigado nesta tese, insere-se num projeto em desenvolvimento na Universidade de Coimbra, que visa a sua aplicação prática na indústria. O presente documento demonstra um processo automático de produção aditiva, simulado em programas específicos dos fornecedores dos robôs, neste caso ABB e KUKA, de modo a facilitar a integração nos sistemas reais.