Automaattinen työkalunvaihto 3D-tulostimeen

Abstract

Opinnäytetyön tavoitteena on suunnitella 3D-tulostimeen automaattinen työkalunvaihto, joka mahdollistaa usean eri työkalun käytön tulostettaessa. Työn tarkoituksena oli saada tehtyä toimiva prototyyppi sekä tutkia, minkälaisia työkaluja 3D-tulostimessa mahdollisesti voidaan käyttää.

Työn toteutus aloitettiin perehtymällä 3D-tulostimissa käytettyihin työkaluihin sekä 3D-tulostimien ohjausjärjestelmiin. Lisäksi perehdyttiin hieman jo olemassa oleviin työkalunvaihdon ratkaisuihin. Haettua tietoa käytettiin hyödyksi työkalujen lukitussysteemin suunnittelussa sekä prototyypin mallintamisessa. Prototyyppi valmistettiin suurimmaksi osaksi 3D-tulostetuista osista, jonka toimivuutta testattiin erilaisilla testeillä. Järjestelmä saatiin toimivaksi ja useimpiin asetettuihin tavoitteisiin päästiin.

Suurimmaksi haasteeksi osoittautui uusien työkalujen implementointi ja ohjelmointi tulostimeen. Sen lisäksi työkalujen kiinnitys työkalupidikkeeseen osoittautui aiheuttavan hieman poikkeamaa X- ja Y-akselilla työkalujen välillä, joka on kuitenkin mahdollista korjata tulostusohjelmalla. Jatkotutkimusaiheiksi työssä jäi työkalujen kiinnityksen parantaminen tai vaihtoehtoisesti osien valmistaminen alumiinista sekä uusien työkalujen ohjelmointi laiteohjelmaan.

The objective of this thesis was to design an automatic tool change for a 3D printer, which enables the use of multiple different tools while printing. The purpose was to manufacture a working prototype and to research what type of tools could be used in 3D printing. This thesis was not commissioned by a client, rather it originated from the author’s interest in the subject.

The goal was to study existing tool changer solutions and what tools are currently used in 3D printing. An additional research subject was the control system of 3D printers and how to automate the control of the tool change.

The thesis progressed with the design of the tool locking mechanic and the prototype modeling. The prototype was designed to be 3D printed for the most part and its functionality was tested with a set of tests. The biggest challenge turned out to be the implementation and programming of new type of tools. In addition, the tool attachment to the tool holder caused slight inaccuracies on the X-and Y-axis between the tools, which can be corrected on the software side.

In conclusion, most of the goals set for the thesis were fulfilled. The prototype is operational and automatic, except the tool changes for the new type of tool heads, which still must be manually coded for them to work.