Лазерная установка МЦЛТ

Разработка универсальной лазерной установки для работы с металлом

Московский центр лазерных технологий пригласил Формлаб, чтобы придумать и полностью спроектировать корпус огромной лазерной установки, оборудованной промышленным роботом.

В работе над проектом МЦЛТ команде пришлось пройти полную стадию подготовки к производству: от концепта (разработки, эскизов и рендеров модели) до сдачи заказчику полного комплекта конструкторской документации (КД). Проект корпуса промышленного лазерного комплекса мы разрабатывали не только как дизайнеры, но и как конструкторы.

Комплекс, попавший к нам в разработку, был по-настоящему универсальным: установленный в нём промышленный робот FANUC выполнял операции и лазерной наплавки, и резки, и сварки, и термообработки. Но и места для такого робота нужно много — размеры помещения для него должны были составить минимум 4х4 м.

Забегая чуть вперёд: с исходных 4,5 метров длина установки увеличилась до 6. Разумеется, не просто так, а со смыслом.

Условия диктует лазер

Техзадание на разработку было достаточно жёстким. Расположение всех элементов станка (роботизированной «руки» с лазерным источником и металлической платформой, её охладительной установки — чиллера — и прочих) определялось заказчиком заранее.

Наши разработчики не занимались компоновкой внутренних элементов корпуса, однако их приходилось учитывать и при создании внешнего вида, и КД. В частности, чиллер и лазерный источник следовало защитить, то есть отрезать их от рабочего отсека, да ещё и поставить на вход в этот отсек дверь с замком.

Сам корпус должен был быть прежде всего безопасен для операторов и самого производства — в соответствии со стандартами, касающимися работы лазерных установок, а также требованиями электро- и пожарной безопасности*. В конце концов, дело имели с лазерным устройством, то есть источником повышенной опасности.

* ГОСТ 12.1.040-83 ССБТ «Лазерная безопасность. Общие положения» и СанПиН 5804-91 «Санитарные нормы и правила устройства и эксплуатации лазеров»

При разработке корпуса лазерного комплекса нужно учитывать требования соответствующих ГОСТа и СанПиНа
При разработке корпуса лазерного комплекса нужно учитывать требования соответствующих ГОСТа и СанПиНа

Функционируют такие установки примерно так: деталь, которую нужно сварить, разрезать или наплавить, монтируется на поворотном столе, после чего операторы выходят из камеры, двери за ними закрываются, загорается сигнальная лампа...

А дальше людям внутри делать нечего. Их задача — с пульта ЧПУ, который находится на корпусе камеры, задать «руке» программу, запустить процесс и наблюдать, чем там занят робот, через камеры, с одного из внешних мониторов (второй используется стандартно, как обычный компьютерный).

Компоновка лазерного комплекса МЦЛТ: что где расположено
Компоновка лазерного комплекса МЦЛТ: что где расположено

Такие установки, как МЦЛТ, востребованы на производствах, где нужны сварные швы сложной геометрии. Например, в машино- или приборостроении.

Один лазерный комплекс — один грузчик

Со стороны Формлаба требовалось обеспечить полный цикл работ по созданию корпуса: это разработка и визуализация 3D-модели с применением всех выбранных комплектующих, пакет КД и разработка техно-рабочего проекта, описание всех процессов производства с уточнением оборудования, оснастки и методов производства. С внешним видом комплекса заказчик определился быстро.

Цвета в фирменном стиле Московского центра лазерных технологий — оранжевый, серый и белый. Как и просили в ТЗ
Цвета в фирменном стиле Московского центра лазерных технологий — оранжевый, серый и белый. Как и просили в ТЗ

Надо сказать, что сначала нам заказали только проработку дизайна и эргономики корпуса. Но после того, как увидели рендеры (визуализацию 3D-моделей), доверили и инжиниринг.

В Центре лазерных технологий поставили перед Формлабом ещё одну задачу. Несмотря на то, что серийного производства комплекса не планировалось, с доставкой покупателям даже единичных экземпляров пришлось бы помучиться: конструкция была слишком большой и объёмной. Перевозка сложного оборудования и его монтаж — дело изготовителя, поэтому оптимизация этих процессов имела значение.

Заказчик решил, что хорошим решением здесь стало бы разбить весь корпус на модули с шагом от 1,5 до 2 м, тем более что габариты камеры можно было изменять. Этим в бюро и занялись.

Новый модульный корпус МЦЛТ. Первоначальные размеры составляли 4500х4500х3200 мм, а в процессе разработки длина увеличилась до 6000 мм. Но грузить и перевозить конструкцию стало легче
Новый модульный корпус МЦЛТ. Первоначальные размеры составляли 4500х4500х3200 мм, а в процессе разработки длина увеличилась до 6000 мм. Но грузить и перевозить конструкцию стало легче

— О проблеме транспортировки мало кто думает на этапе проекта. Здесь весь корпус разбирается на элементы, которые можно перевозить на лифте и на стандартном погрузчике — мы учли захват под вилы. Для такой работы нужны максимум два грузчика, а в крайнем случае даже один справится.

Руководитель проекта Евгений Аракас

Когда каждый вариант как последний

В работе над огромным комплексом пришлось хорошо думать и разрабатывать каждый вариант как финальный. Вопросы «что, где и как это расположить» возникали постоянно. Всё решили.

Проблемы: двери, щиток, вентиляция…

С основными дверьми-воротами — которые закрывали вход в рабочее помещение — определились не сразу. Сначала их хотели сделать раздвижными. Но в процессе разработки инженерам Формлаба удалось убедить заказчика использовать секционные двери-«книжку» (или «гармошку» — как в старых трамваях) и так решить проблему с размещением других элементов.

Однако с дверьми было ещё не всё решено. Оставались и вход для обслуживающего установку персонала — в тот самый отдельный отсек с лазером и чиллером, и дверца электрического щитка с рубильниками и предохранителями. Дверь постоянно пыталась вылезти из габаритов модуля, но место ей всё же нашли.

Выставлять на всеобщее обозрение технический щиток не хотелось. Пришлось прятать его в помещении для сервисменов — том, которое закрывалось на ключ.

Места под вентиляцию в наброске техзадания обозначены не были. Но без неё никуда, поэтому разместили отсеки для вентиляции сверху на крыше (для отсека с чиллером и лазером) и на стенке, ближней к основному модулю с воротами.

Был соблазн сделать в дверях стекло, чтобы подсматривать за роботом не только через камеры, но стекло тут требовалось совсем особенное (от $50 за кв.см.), и после подсчёта, сколько его установка будет стоить, приняли твёрдое решение о том, что двери будут цельнометаллическими.

Установленные друг под другом немаленькие мониторы (с диагональю в 19") только бы испортили весь вид. Поэтому в финальной версии экраны расположили горизонтально.

Ну и, естественно, всё нужно было продумать так, чтобы все элементы — и двери, и пульт, и прочее — умещались в размеры модулей.

Уместились. Но тут в дело вмешалась колонна.

Во всём виновата колонна (ошибка, но не наша)

Выяснилось, что выставочный образец установки будет стоять в помещении с колоннами. Всё бы ничего, но одна из колонн закроет часть корпуса МЦЛТ, а надо, чтобы всё самое важное было видно. Ну и колонна в итоге сыграла едва ли не решающую роль при проектировании конструкции корпуса.

Благодаря этому архитектурному элементу мониторы пришлось перенесли ближек дверям-воротам, а пульт управления поставили отдельно, вытащив его из корпуса. Понятно, что колонна к комплекте с установкой не продавалась, но делать было нечего — пришлось действовать по принципу «меньшее зло».

В октябре 2015 началась разработка конструкторской документации — чертежей корпуса в сборе, каркаса помещения, монтажной базы рамы... А спустя год после начала работ, феврале 2016, проект разработки корпуса лазерной установки МЦЛТ установки был сдан.

Заказчик корпуса лазерного комплекса получил полный комплект чертежей — всё по стандартам ЕСКД
Заказчик корпуса лазерного комплекса получил полный комплект чертежей — всё по стандартам ЕСКД

В этом проекте Формлаб (как уже сложилось на практике) решил несколько задач. Первая — это то, что хотел заказчик: дизайн комплекса с роботом внутри соответствовал духу времени. Вторая — как и было запланировано, корпус лазерной установки стал модульным, то есть и удобным, и мобильным. Третья — благодаря тому, что одновременно мы создавали и дизайн, и конструкторское решение, нам удалось совместить эстетику и функционал. А четвёртая — это проблема со штатными конструкторами.

— Почему в этом проекте нам доверили не только разработку дизайна, но ещё и конструкции? Это при том, что в штате многих наших заказчиков есть хорошие разработчики, способные создать отличный в техническом плане проект прибора, станка или аппарата? Так отчего тогда нельзя сделать всё самим «от и до»?

Похоже, дело в том, что стать универсалами таким конструкторам очень трудно: просто не хватает нужного опыта. А разработка современного корпуса — достаточно специфическая задача. Такая вот реальность — мы в Формлабе, как специалисты по корпусам, это подтверждаем.

Андрей Востриков,
руководитель.
ФОРМЛАБ, специалисты по корпусам

Поможем и вам с разработкой или производством

Если вы хотите проконсультироваться или получить коммерческое предложение, то заполните данную форму.

Чем больше подробностей вы укажите, тем лучше наш эксперт подготовится к разговору с вами, а значит общение пройдет продуктивно для всех. Конфиденциальность информации гарантируем! Можно подписать NDA.

Ниже не обязательно, но помогает ответить вам более точно.
Выберите близкую вам отрасль. По выбранной отрасли мы сможем подобрать кейсы из нашего опыта под вашу специфику
 
Это поле позволяет загрузить неограниченное количество файлов. Ограничение 999 МБ.

Допустимые типы: gif, jpg, jpeg, png, bmp, eps, tif, pict, psd, txt, rtf, odf, pdf, doc, docx, ppt, pptx, xls, xlsx, avi, mov, mp3, mp4, ogg, wav, bz2, dmg, gz, tar, zip.
Нажимая на кнопку, вы даёте согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь c Политикой конфиденциальности
подпиши НДА

Прежде чем обсудить задачу, подпишите соглашение о неразглашении

Подписать NDA