Wittmann Group - EOS aditivna proiozvodnja laganog sustava za hvatanje s integriranom funkcionalnošću

28.10.2016

Brohijalni lagani i izdržljivi hvatač s funkcionalnom osnovnom pločom načinjen s pomoću EOS-ovom tehnologijom

Inovativni sustav hvatanja: zahvaljujući optimiranoj konstrukciji, koriste se četverostruki hvatači zajedno s podupornim okvirom i integriranim pneumatskim priključcima. Unatoč signifikantno smanjenoj masi, sustav izdržava u zahtjevnoj kontinuiranoj primjeni .

Ruka je jedna od ključnih prekretnica koja je obilježila u ljudsku evoluciju: s palcem nasuprot ostalim prstima, ljudska ruka je idealan alat za hvatanje, istraživanje i rad. Kao takva, ona je ključna za različite umjetničke aktivnosti i tehnološki napredak. Industrija često koristi to genijalno načelo: jedan od procesa u kojem se strojevi koriste za automatsko hvatanje gotovo bilo kojeg željenog predmeta radi transporta do sljedeće faze obrade.

Takvi strojevi za hvatanje predstavljaju remek djela inženjerstva. Tvrtka Kuhn-Stoff GmbH & Co KG se posvetila specijaliziranom obliku inženjerstva primjenom EOS tehnologije aditivne proizvodnje. Proces se sastoji od pravljenja strojnih elemenata sloj po sloj, od plastičnog praha koji se tali s pomoću laserske zrake. Na taj način u Kuhn-Stoff su razvili i proizveli ekstremno lagan, čvrst i izdržljiv bronhijalni hvatač za tvrtku Wittmann Robot Systeme GmbH, iz Nuremberga, Njemačka. Četiri takva hvatača smještena su na podupornom okviru s integriranim pneumatskim priključcima.

Izazov
Naručitelj je proizvođač robota i automatiziranih sustava. Od Kuhn-Stoff je zatražio rekonstrukciju mehaničkog hvatača koji podiže, transportira i zatim odlaže strojne elemente iz proizvodnog stroja s pomoću pneumatskog mehanizma. Stoga su definirani sljedeći zahtjevi: hvatač mora biti lakši od svojih prethodnika, a i dalje sposoban pomicati zahtijevane terete. Kompleksnost konstrukcije mora biti pojednostavljena, a novi proizvod mora udovoljiti kriteriju učinkovitosti.

Signifikantnost težine oslanja se na fiziku: ovakav sustav hvatanja mora raditi brzo kako bi mogao prenijeti što je moguće više obrađenih elemenata unutar zadane jedinice vremena. Činjenica da je masa inertna, znači da je potrebno primijeniti silu kako bi se ona pokrenula – što je teži teret i što su brža gibanja, potrebne su veće sile i za ubrzanje i za usporavanje. Potpuno različito od energijske učinkovitosti, ta činjenica ima posebice negativni učinak na izdržljivost sustava: što su primijenjene veće sile, veće je i trošenje stroja.

Prethodna verzija hvatača bila je načinjena od aluminija, gumenih cijevi i višestrukih spojnih elemenata, te je bila skupa za proizvesti. Stručnjaci za slojevitu proizvodnju u Kuhn-Stoff su si postavili za cilj signifikantno pojednostavniti konstrukciju. Nova struktura strojnog elementa treba doprinijeti u segmentu smanjenja mase. Dodatnu prednost potrebno je ostvariti kroz strukturno optimiranje ostalih dijelova – jedno od glavnih prednosti aditivne proizvodnje. Kako se počelo s poslom, postalo je jasno da novi hvatač može biti načinjen kao proizvod iz jednog dijela bez potrebe za naknadnom obradom nakon izrade, kao i za dodatnim sklapanjem.

Rješenje
Ekipa iz Kuhn-Stoff počela je istraživati funkcionalnost i radne zahtjeve za hvatač: kada stlačeni zrak dođe do savitljive membrane, hvataljke hvatača se otvaraju; slično se sustav zatvara kada se dotok stlačenog zraka isključi. Uz savitljivost same plastike, dio se mora zakretati za 90° kako bi izveo zahtijevanu sekvencu gibanja. Uzimajući sve te zahtjeve u razmatranje, bilo je moguće smanjiti potreban broj dijelova u svega dvije komponente.

Nakon završetka procesa konstruiranja, u Kuhn-Stoff su počeli s proizvodnjom novog sustava hvatača s pomoću uređaja FORMIGA P 100. U svega nekoliko sati proizveli su dvije komponente sustava hvatača od poliamida. Zahvaljujući EOS-ovoj tehnologiji, pneumatski priključci i konektori su u potpunosti integrirani u nosivu ploču.

“Kao i obično, proizvodnja s EOS-ovim sustavom bila je glatka i bez poteškoća. Konačni rezultat, ponovo je impresionirao sve uključene u projekt. U samo jednom koraku procesa bili smo u mogućnosti stvoriti funkcionalni integrirani dio koji je premašio sva očekivanja našeg kupca. Ukratko: aditivna proizvodnja je sada već svakodnevna stvarnost, no rezultati su i dalje iznimni," rekao je Hannes Kuhn, generalni direktor u Kuhn-Stoff GmbH.

Rezultati
S aspekta glavnog cilja smanjenja mase, u Kuhn-Stoff su ostvarili smanjenje od 86 % na svega 220 g. Unatoč svojoj maloj masi, hvatač je i dalje u stanju nositi potrebne terete, čak i u zahtjevnoj kontinuiranoj primjeni: nakon 5 milijuna ciklusa provedenog ispitivanja na opterećenja, ostvaren je zahtijevani životni ciklus proizvoda. Tijekom tog razdoblja nije se pojavio niti jedan slučaj greške ili zastoja u radu. Razlog tome je čvrstoća konstrukcije, koja je postignuta unatoč integriranju zračnih priključaka na nosivu ploču. Uz to, fleksibilna konstrukcija omogućuje da se pojave manje kolizije, a da ne dođe do bilo kakvog oštećenja na sustavu hvatača ili na kalupu za injekcijsko prešanje. U nekim slučajevima, manja masa ujedno znači i primjenu manjeg tipa robota, čime se postižu signifikantna smanjenja troškova proizvodnje. Uz to u Wittmannu su mogli povećati broj ciklusa obzirom na manju masu hvatača, smanjen je potrebni hod otvaranja kalupa s pomoću sustava za otvaranje i zatvaranje kalupa na ubrizgavalici. Kao konačni rezultat, ostvarene su uštede na troškovima prerade injekcijskim prešanjem. Proizvodni troškovi su smanjeni za 50 % u usporedbi s konvencionalnim proizvodnim prethodnicima. Ušteda je ostvarena zahvaljujući smanjenju mase kao i broju komponenata s 21 na svega dvije. Jednako važno je i kratko vrijeme izrade: sustav hvatača, za koji je prije u Kuhn-Stoff trebalo dvanaest dana da se proizvede, sada su potrebna svega tri dana.

“Mi smo iznimno zadovoljni novim sustavom hvatača. Dokazao se jednako učinkovitim u teškim uvjetima kontinuirane primjene kao i prethodna izvedba, no ipak je jeftiniji i lakši te ga je moguće proizvesti brže. Nisam do sada još vidio takav signifikantni napredak u proizvodnji hvatača kao što je to ovaj pri uporabi aditivne proizvodnje koji je donijela u proizvodnji našeg bronhijalnog hvatača. Postupak proizvodnje je imao vrlo pozitivan učinak n naša rješenja automatizacije," zaključuje Michael Tolz, voditelj tehnologije i direktor podružnice pri Wittmann Robot Systeme GmbH. Ponekad revolucija ima prednosti pred evolucijom.

Integrirane funkcije: kada stlačeni zrak dotječe na savitljive membrane hvataljke hvatača se otvaraju; obrnuto sustav se zatvara kada se stlačeni zrak isključi (Izvor: Kuhn-Stoff).

“Mi primjenjujemo EOS-ovu tehnologiju više od osam godina i imamo iznimno pozitivne rezultate. Kada se primijeni ispravno, fleksibilnost u konstrukciji pruža signifikantne prednosti koje mogu našim kupcima pružiti gotovo neograničene prednosti na tržištu.“

“Mi primjenjujemo dijelove izrađene primjenom aditivne proizvodnje kroz različite sektore automatizacije tijekom niza godina. Bronhijalni hvatač udovoljava svim našim zahtjevima – u stvari ih premašuje. Proizvod je vrlo pouzdan u uvjetima njegove svakodnevne primjene.”
Michael Tolz, voditelj tehnologije, Njemačka, i direktor podružnice pri Wittmann Robot Systeme GmbH, iz Nuremberga

Kratki profil
Kuhn-Stoff GmbH & Co KG jedna je od prvih tvrtki koje primjenjuju e-Manufacturing pristup proizvodnji iz EOS-a za posebno inženjerstvo. Od 2005. godine uvjeravaju svoje kupce u prednosti primjene poliamidnih dijelova načinjenih aditivnom proizvodnjom. Kuhn-Stoff isporučuje svoje proizvode mnogim vodećim tvrtkama i fokusirani su na potpuno iskorištavanje prednosti te tehnologije.
S pomoću 7 proizvodnih pogona i 20 podružnica, Wittmann Group je prisutna u svim glavnim svjetskim tržištima plastike. Njihov cilj je osigurati odlučujuću prednost pri preradi plastike kroz smislene integracije preradbene opreme, automatizacije i perifernih uređaja.

Tekst omogućio Tehnoprogres d.o.o. www.tehnoprogres.hr