積層製造領域的開放式PC-based控制與驅動技術
作為國際營運的家族企業GROB-Werke，在95年來為最知名的汽車製造商等開發系統與加工機。這段期間，其不只以創新而聞名，市場開發也是一大特色。其中一個最大的例子便是在積層製造領域，其中首部原型機便是在2019年開發出來的。運用採PC-based 控制自動化的全新GMP300液態金屬列印機，現在以鋁合金製成的線材能在列印過程中做到具成本效益與有效的運用，來達成精準且快速的3D列印。
GROB總部位於德國城市明德海姆，其產品組合包含從通用型加工中心、高度複雜的生產系統及手動組裝工作站到全自動組裝生產線，主要用於汽車產業。對於積層製造設備的重視始於2018初，是當時評估未來技術，包括電動車與燃料電池技術等的創新管理流程之一。
經濟且彈性的積層製造方式
GMP300液態金屬列印機採用無粉製造流程來安全且快速地生產近淨形元件。這為客戶提供了可靠、有效率且具成本效益的系統技術，採用3軸運動方式與每分鐘30公尺的最大機軸速度，同時也提供最大的生產彈性。低氧環境的組裝空間、數個液滴感測器、噴嘴與元件高度監控等等，以及線形鋁合金加工及因無需處理粉塵讓潛在風險更低等都帶來更多優勢。GROB積層製造團隊主管Johannes Glasschröder博士解釋道：「我們為此開發了全新的技術，讓積層製造變成相較於傳統製程更讓人感興趣的明日之星。比如說，線形原料相較於一般的粉狀原料價格更低廉。這為用鋁快速且經濟的生產必要元件提供了最佳的條件。」
談到克服的技術挑戰時，GROB積層製造團隊的Emanuel Engelsberger補充道：「CNC與個別鋁液滴的同步非常重要。例如，為了達到高度準確的定位，必須精準地補償列印頭的滴液時間。這個開發過程中投入了許多時間與專業，尤其是為了精確也快速地製造轉角與銳利邊緣的部分。滴液頻率與機軸速度的整合也扮演著重要的角色。大量的感測器資料也一樣，除了記錄用於分析外，也成為主動調整參數與製程控制的基礎。這是在生產元件過程中能直接彌補任何微小誤差的唯一方法。」 雖然可看見的應用極其廣泛，Johannes Glasschröder博士認為幾乎是沒有限制的，但對列印速度的要求也同樣很多。他解釋實際的列印速度一般為每秒250個鋁滴，但目前已能做到每秒1,000滴的列印速度。不過，使用較慢的初始值，通常結果會更佳精準且能以更大的滴液量更快完成。
PC-based 控制帶來速度與精確度
繼GROB之前使用Beckhoff的PC-based 控制在電動車領域取得成功後，積層製造團隊也決對再次信賴此一技術。Emanuel Engelsberger解釋道：「首先，我們能善用既有的經驗與內部標準。再來，PC-based 控制技術也能完美滿足我們對速度精確度的要求。」 Johannes Glasschröder博士也肯定這一點：「最重要的是，Beckhoff的控制平台易於使用，且對於和我們自己的擴充設備整合具開放性，對未來有保障。」
這個控制解決方案的硬體核心由一個C6030超精簡型工業PC所構成，其出色的高單核心運算能力最適合此類應用。Johannes Glasschröder博士也認為Beckhoff工業PC廣泛且定期更新之處理器系列，對於應付未來需求與永續性方面是很重要的。CP3918多點觸控面板搭配18.5吋顯示幕及客戶專屬按鈕擴充功能確保了機器操作的便利性。
全部七個伺服軸所需要的精確與動態移動方式則透過三個單通道與兩個雙通道AX5000伺服驅動器以及AM8000伺服馬達來完成。此處也使用了PC-based 控制系統內建的安全技術：包括在伺服驅動中透過AX5805 TwinSAFE選配驅動卡以及在I/O區中使用了EL6910 TwinSAFE Logic與數個TwinSAFE端子。整體而言，I/O層是由數個數位與類比EtherCAT端子及EtherCAT盒子模組所組成。Emanuel Engelsberger説明他們具有以下關鍵優勢：「對我們而言，決定性的因素是數據取得與處理時的速度與精確度。例如，Beckhoff的XFC–eXtreme Fast Control技術搭配EL2262過取樣端子是讓我們能完全依自己的路徑規劃設定對應觸發訊號並達到與顯示系統所需之同步的唯一方法。而這正是GMP300的核心應用。」 此外，Beckhoff I/O產品組合豐富的介面也具有優勢，讓和I/O-Link感測器技術，透過EL6224等功能的整合變得非常簡單。
方便又強大的套裝軟體
據Emanuel Engelsberger的說法，Beckhoff TwinCAT自動化軟體已證明了其不只有能和眾多EtherCAT類比端子整合的價值，其部分原因便在於TwinCAT 3控制器工具箱（TF4100）所提供的豐富控制演算法。例如，他表示精確的溫度控制在用列印頭提供之線形原料產生均質鋁融液時是很重要的。在工程環境的部分，優勢則來自無需費時改變開發環境便能進行加工程序預先模擬，以及多樣的虛擬化選項。
針對應用核心，也就是路徑計算的部分，基礎則是由TwinCAT 3 CNC（TF5200）所構成，Emanuel Engelsberger解釋道：「TwinCAT的工程介面、軟體架構以及使用性TwinCAT已在學習熟悉階段給了我協助。使用TcXaeShell作業非常直覺也不費力，最終讓我們在建立自己的核心專業時變得更輕鬆。因此，如同前面提到的，為了要在CNC中精確的定位鋁滴液，必須做類似的預先計算讓滴液時間能正確考量進去。所以我們必須確實知道下一滴要落在軌跡曲線的何處，再依此設定觸發。」
