Druk 3D MJF w produkcji taniego i lekkiego oprzyrządowania robotów przemysłowych

Extol Inc. to firma z branży technologii produkcyjnej, która usprawnia sposób wytwarzania wyrobów z tworzyw sztucznych. Jest zlokalizowana w Michigan, w USA i dostarcza technologię montażu elementów z tworzyw, zindywidualizowaną automatyzację i usługi technologiczne dla klientów z wielu branż. Równocześnie Extol wykorzystuje w pracy technologię HP Multi Jet Fusion 3D wykorzystując ją do realizacji procesów produkcji addytywnej.

Extol dostarcza wyposażenie i oferuje wiele rodzajów technologii łączenia tworzyw sztucznych, w tym zgrzewanie laserowe, zgrzewanie tarciowe, zgrzewanie ultradźwiękowe oraz zgrzewanie podczerwienią i zmiękczanie. Oferuje także inne usługi, w tym zindywidualizowane rozwiązania na obszarze automatyzacji, rozwoju procesów i produktów. Niedawno dodała do swojej gamy rozwiązań druk 3D w postaci trzech drukarek HP Jet Fusion 5210.

W branży robotów oprzyrządowanie ramion (EOAT) ma kluczowe znaczenie. Są to akcesoria montowane na końcach ramion robotów, które zazwyczaj mają kontakt z obsługiwanymi lub instalowanymi częściami i elementami. W branży automatyzacji roboty przemysłowe wykonują bardzo zróżnicowane operacje montażowe. W przypadku tych zastosowań EOAT są często skomplikowane i zdolne do jednoczesnego wykonywania wielu etapów procesu.

“Roboty występują powszechnie w branży automatyzacji z wielu przyczyn” – mówi Andrew Roderick, Główny Inżynier ds. Zastosowań i Sprzedaży w Extol. „Te powtarzalne czynności wykonują lepiej niż ludzie, ale zapewniają też korzyści na obszarze instalacji dużych i skomplikowanych elementów. W przypadku takich zastosowań efektory muszą być silne, ale jednocześnie na tyle delikatne, aby nie odkształcić ani nie uszkodzić obsługiwanych elementów. Ich wytworzenie zazwyczaj wymaga wielu materiałów i procesów obróbczych, co zajmuje znaczną ilość czasu i zwiększa koszt wytworzenia narzędzi ramion robotów.”

Jeden z klientów Extol posiadał skomplikowany element automatyzacji mocowany za pomocą ok. 20 plastikowych zacisków przyłączanych w różnych miejscach. Ręczna instalacja tych elementów wymagałaby od operatora obsługi każdego zacisku z osobna. Dzięki robotom możliwa jest jednoczesna obsługa kilku zacisków.

W przypadku tradycyjnych technologii produkcyjnych wytworzenie specjalistycznych EOAT wymaganych do takiego zadania było kosztowne i powolne. Wytwarzanie EOAT metodami tradycyjnymi wymagałoby zastosowania aluminium i obróbki CNC narzędzia z użyciem wielu konfiguracji i bloków.

“Ściśle współpracując z klientem zastosowaliśmy systemowe podejście do ulepszenia produktu” – opowiada Roderick. “Udane wykorzystanie druku 3D wymaga dogłębnego zrozumienia jego zalet. Im bardziej pomagaliśmy im myśleć poza ograniczeniami tradycyjnej produkcji, tym więcej odkrywali funkcji o wartości dodanej, które mogliśmy wykorzystać”.

W przeszłości projektanci automatyki firmy Exon byli ograniczani przez możliwości wytwarzania tradycyjnego.

Dzięki drukowi 3D części są wytwarzane warstwa po warstwie, dlatego nie podlegają tradycyjnym ograniczeniom projektowym. Umożliwiło to zespołowi całkowite przeprojektowanie konfiguracji części. Oprócz zasadniczych możliwości łączenia plastiku, Extol oferuje wiele usług poprodukcyjnych dla części, w tym nakładanie powłok i inne wykończenia.

EOAT stanowiły zaledwie kilka części większego projektu tej zautomatyzowanej komórki produkcyjnej zawierającej 150 wydrukowanych elementów składających się z 98 unikalnych komponentów.

“Kompleksowe elementy wymagające krótkiego czasu realizacji idealnie nadają się do wytwarzania addytywnego” – mówi Roderick. “Względnie duża ilość części oraz ich różnorodność w dzisiejszym
wyrafinowanym świecie narzędzi ramion robotów czyni z nich idealnych kandydatów pod kątem cyfrowego przepływu pracy. Dzięki podejściu systemowemu firma Extol może dodawać wiele innych funkcji zwiększających wartość, w tym upraszczanie części i narzędzia kontroli jakości, takie jak poka -yoke. Klienci otrzymują wytrzymałe części, łatwiejsze do zmontowania i o niższej wadze, dostępne szybciej i taniej„.

Nowoopracowane rozwiązanie zapewniło szereg korzyści, a jedną z bardziej oczywistych była szybkość produkcji. Przy zastosowaniu obróbki CNC, wytworzenie narzędzia ramienia robota dla klienta zajęłoby około czterech tygodni. Dzięki unikalnej technologii drukowania HP MJF 3D, części można było wytworzyć w pięć dni, co oznaczało oszczędność 75%. Choć zaleta w postaci szybkości była wyraźnie widoczna w elementach gotowych, dodatkowo wzmocnił ją proces rozwoju produktu. W przeszłości zmiany projektowe opóźniłyby produkcję o dwa tygodnie. Dzięki nowemu podejściu zmiany można było wprowadzić w ciągu dwóch dni, tj. 80% szybciej.

Koszt również był ważnym czynnikiem. W przypadku produkcji tradycyjnej cena EOAT oraz elementów uchwytu wyniosła około 40.000 dolarów. Nawet po uwzględnieniu końcowej obróbki i montażu, oprzyrządowanie zawierające elementy wytworzone addytywnie było o 50% tańsze, co oznacza oszczędność ok. 20.000 dolarów. Redukcja kosztów była po części wynikiem lepszego projektu elementów, ale skuteczne osadzanie lub umieszczanie wielu elementów w komorze roboczej drukarki 3D również odegrało istotną rolę w zmniejszeniu kosztu każdego z elementów.

Dzięki zmniejszeniu ilości materiału i wbudowaniu punktów mocowania, całkowita waga końcowych EOAT znacznie zmalała. Chociaż nie był to podstawowy cel, ulepszenie to spotkało się z ciepłym przyjęciem, gdyż obecnie części wywierają mniejszy nacisk na wyposażenie, a operatorom łatwiej je zdejmować i wymieniać.