清能德創直驅伺服賦能精密智造
文:文/清能德創電氣技術(北京)有限公司2025年第一期
導語:直線電機系統沒有傳統機械傳動中的齒輪、絲杠等中間轉換機構,降低了運動慣量,因此與步進、伺服驅動等傳統驅 動方式相比,其定位精度和加速度具有明顯優勢,特別適用于航天、醫療、汽車等對工件加工精度要求較高的場景。 清能德創推出的直驅伺服驅動解決方案,可支持直線電機及DD馬達電機,為客戶精密加工系統優化提供了更精確的位 置定位功能。
1 精雕細琢,清能德創直驅伺服賦能3D打印 機高精作業
(1)3D打印原理及發展趨勢
憑借快速、靈活和高自由度設計等特點,3D打印技術在 各行業得到了廣泛的應用。3D打印技術學名為增材制造,是 以數字模型為基礎,將材料逐層堆積制造出實體物品的新興 制造技術。
以傳統FDM型(熔融沉積制造)3D打印技術為例,其 直接使用成型塑料絲材作為打印原料,經送絲電機送入加熱 模塊,將塑料絲材熔化,根據G代碼的數控指令,利用一套 X-Y-Z三軸的機械運動機構帶動打印噴頭進行模型打印,其 打印原理如圖1所示。
3D打印機的動作主要依靠運動系統進行控制。其運動系統 包括步進電機驅動、伺服電機驅動以及直線電機驅動。因為直 線電機沒有傳統機械傳動中的齒輪、絲杠等中間轉換機構,降 低了運動慣量,因此與步進、伺服驅動等傳統驅動方式相比, 其定位精度和加速度具有明顯優勢,特別適用于航天、醫療、 汽車等對工件加工精度要求較高的場景。
(2)清能德創直驅伺服應用特點及優勢
憑借高效、快速的運動特點,目前直驅方案逐漸被越來 越多的3D打印機設備廠家所使用。順應這一趨勢,清能德創 推出多款直驅伺服產品,滿足不同3D打印機對直驅運控系統 的伺服匹配需求。
清能德創直驅伺服驅動系列(圖2 )的特點如下:
· 高速、高精度龍門同步功能,大幅提升打印精度;
· 內置振動抑制功能,可根據打印頭末端振動情況通過 內部伺服算法,抵消運行過程中的振動,實現精準打印;
· 設備的運行步距小,在高分辨率光柵尺的配合下,保 證加工件具有優異的平滑度,特別適用航天、醫療、汽車等 對工件加工精度要求較高的場景;
· 與傳統驅動方式相比,省去了傳統機械傳動中的齒
輪、絲杠等中間轉換機構,避免了因傳動機構發熱導致的變 形問題,保證了打印工件的一致性,從而降低廢品率。
在清能德創直驅伺服的配合下,3D打印設備能實現更精 準的加工,促進3D打印機向著高精準、高性能的方向發展。
2 精益求精,CDD5直驅伺服解決方案助力光 伏絲網印刷精度提升
(1)光伏絲網印刷應用需求與挑戰
絲網印刷,是光伏電池片生產的關鍵環節之一。目前光 伏絲網印刷機主要采用四工位轉臺結構進行上料、拍照、印 刷、下料等動作,完成印刷工序(圖3)。由于電池片采用 非常精細的電路設計,其正面的柵線窄到只有幾十微米,因 此需要轉臺具備極高的運行精度,完成精準印刷,保證電池 性能。
在實際生產過程中,常常因為以下因素影響到光伏電池 片的絲網印刷精準度,降低生產效率:
· 設備定位精度低:轉臺運行位置與預期位置出現偏 差,直接影響電池柵線的印刷精度;
· 設備速度波動大:轉臺無法平穩運行,導致印刷出現 斷柵、柵距和線寬過大或者過小(圖4)。
為保證電池片的印刷精度,廠家不得不通過降低速度的 方法進行生產,而同時,如此操作雖然提升了成品率,但設 備的生產效率也會大幅降低。
(2)CoolDrive D5助力光伏絲網印刷精度提升
針對絲網印刷對轉臺定位精度和速度的要求,清能德創 提出了CoolDrive D5(以下簡稱CDD5)直驅伺服解決方案, 實現了更高的控制精度,且有效提升了轉臺的運行速度。
清能德創CoolDrive D5直驅伺服的特點如下:
①高性能
CDD5伺服驅動采用全新硬件架構和直驅專用伺服算 法,將電流環控制執行周期縮短至1.2μs,電流采樣精度達 16bit,有效地提升了系統的動態響應能力,使得轉臺的定位 精度可達到0.001°以內,從而滿足了光伏絲網印刷的高精度 需求。
②大推力
CDD5直驅伺服支持380V電壓等級,額定最大電流70A, 最高3倍過載,同時還支持PTC-1000、KTY84、NTC與溫度 開關等溫度傳感器,適配水冷大功率DD馬達,有效提升了系統節拍,在高精度的前提下,助力實現高效生產。
③高兼容性
清能德創CDD5直驅伺服支持豐富的編碼器類型,包括 多EnDat 2.2、BiSS-C、Nikon、Tamagawa 、1Vpp+Hall、 ABZ+Hall等,具有高兼容性,滿足多種不同應用場景需求。
搭配高精度編碼器,CDD5直驅伺服可以提升系統的控制 精度,實現光伏絲網印刷轉臺在高速運行下的精準控制性能。
④高級調試功能
CDD5直驅伺服采用DriveMaster2.0調試軟件,支持頻 域分析、精準調諧等豐富功能,縮短了工程師的調試時間, 有效提升系統性能,特別適合各種復雜生產場景下的高節 拍、大力矩應用。
· 頻域分析:通過波特圖呈現系統準確頻域特性,量化 給出幅值裕度、相位裕度、諧振特性及抑制等關鍵指標,實 現系統的最優性能,用戶不需要了解準確系統模型,適用范 圍廣泛,尤其是高復雜度和高性能場合要求的設備調試;
· 精準調諧:基于頻率響應分析的自動整定算法,能夠 準確辨識系統特性,整定時間縮短50%,濾波器頻率精度提 升至0.5Hz,有效提升設備精度。
先進的光伏絲網印刷技術不僅能夠實現高精度印刷, 而且在速度和成本方面也具有顯著優勢。在高性能直驅伺 服CDD5的配合下,光伏絲網印刷可以實現高效、精準的生 產,有效降低了光伏電池的制造成本,提升了市場競爭力。
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