Development of a strategy to define the orientation of a deposition tool in 3D printing tasks - simulation in Matlab and realization in RobotStudio

Abstract

Esta tese integra um projecto desenvolvido na Universidade de Coimbra pelo grupo AMC (Additive Manufacturing Constructions) que pretende automatizar uma célula robótica para a Produção de Aditiva de Metais. Este trabalho apresenta uma solução possível para melhorar o conceito de impressão metálica 3D, quando aplicada a um robô industrial. A impressão de peças de grandes dimensões e geometrias complexas continua a ser um desafio para a indústria de produção aditiva. Este tipo de peças requer normalmente um elevado tempo de produção e desperdício de material. Assim, foi criado um método que torna o processo de impressão mais eficiente, reduzindo o tempo total de impressão e o desperdício de material, através de um procedimento que altera a orientação de impressão com base na geometria da peça a ser fabricada.Foi construído um programa que analisa G-code, na linguagem de programação C#, para recolher informação sobre a geometria da peça e calcular a melhor orientação de impressão para cada caso. Para garantir que o algoritmo funciona correctamente, foi criada uma estação robótica no RobotStudio, que simula o comportamento de um robô real, permitindo verificar o funcionamento do algoritmo e identificar possíveis melhorias, bem como, um programa em Matlab que permitiu verificar e representar graficamente a maior parte das operações realizadas.Todo o procedimento considera a utilização da tecnologia de impressão WAAM, um braço robotico ABB IRB 4600, um eixo linear IRBT 2005, e a ferramenta de impressão TPS 400i CMT Advanced Fronius.Embora todos os objectivos tenham sido alcançados, a metodologia não é totalmente automatizada, deixando espaço para várias melhorias futuras.

This thesis integrates a project developed at the University of Coimbra by the Additive Manufacturing Constructions (AMC) group that intends to automate a robotic cell for Metallic Additive Manufacturing. This work presents a possible solution to improve the concept of 3D metallic printing when applied to an industrial robot. Printing large parts and complex geometries remains a challenge for the additive manufacturing industry. This type of part usually requires a high production time and waste of material. Thus a method has been created that makes the printing process more efficient, reducing total printing time and wasted material, through a procedure that changes the printing orientation based on the geometry of the part to be manufactured.A G-code analyzer was built in C# programming language to collect information about the geometry of the part and calculate the best printing orientation for each case. To guarantee that the algorithm works properly, a robotic station was created in RobotStudio, which simulates the behavior of a real robot, allowing to verify the algorithm's functioning and identify possible improvements, as well as, a program in Matlab that allowed to verify and graphically represent most of the operations performed.The whole procedure considers the use of WAAM printing technology, an ABB IRB 4600 robotic arm, an IRBT 2005 linear track, and the TPS 400i CMT Advanced Fronius printing tool.Although all the objectives have been achieved, the methodology is not fully automated, leaving space for several future improvements.