Farason Corporation Zoom sur les applications : Plaque de montage à changement rapide

Depuis plus de trente ans, Farason Corporation conçoit et fournit des systèmes d'automatisation et de robotique sur mesure aux fabricants, expédiant plus de 900 machines en Amérique du Nord, en Asie, en Amérique du Sud et en Europe. L'équipe de Farason a ajouté les imprimantes 3D Markforged pour stimuler les possibilités de conception et de production, conformément à l'engagement de Farason de fournir des solutions uniques étroitement adaptées aux défis spécifiques auxquels ses clients sont confrontés. Ils ont fait appel à Markforged pour créer une plaque de montage à changement rapide personnalisée pour une solution d'outillage de préhenseur robotique.

Étant donné que les produits emballés (bouteilles de shampoing remplies) à déplacer étaient lourds, de forme irrégulière et se déplaçaient rapidement le long de la ligne, les solutions d'emballage conventionnelles disponibles sur le marché, évaluées pour le transfert par levage, pesaient trop lourd pour les limites de charge utile du robot, ce qui empêchait d'atteindre la cadence et les distances de déplacement visées. Avec un large éventail de produits, il était nécessaire de retirer et de remplacer les plaques de montage à changement rapide imprimées en Onyx® et en fibre continue de carbone EOAT, mais les solutions conventionnelles (pièces fraisées sur mesure en Delrin) ne sont pas adaptées : une solution mono-produit pour chaque changement aurait un impact négatif sur le calendrier de production, et ne pourrait pas se développer de manière abordable pour s'adapter aux changements dans les robots disponibles et les pièces continues.

Selon l'équipe de Farason, un EOAT sur mesure était nécessaire, mais les pièces conventionnelles (pièces fraisées sur mesure en Delrin) ne constituent pas une bonne solution : 

• Les pièces sont coûteuses et peuvent encore être trop lourdes pour des cadences élevées.
• L'optimisation des performances de l'EOAT nécessite plusieurs installations de fraisage coûteuses pour produire des fonctionnalités le long de plusieurs axes, ce qui entraîne des coûts plus élevés et des délais de livraison plus longs lorsque la production est réalisée en dehors de l'entreprise.
• Des étapes supplémentaires de réduction du poids peuvent améliorer la légèreté, mais peuvent surmener une pièce, augmentant le risque de rebut et introduisant des retards supplémentaires.
• La production d'une EOAT personnalisée et unique ne se développe pas à grande échelle en fonction des changements apportés aux plateformes d'automatisation et à l'emballage des produits.

Richard Cook, ingénieur support R&D chez Farason, a exploité les capacités de l'impression 3D industrielle en combinaison avec d'autres composants de la machine pour créer un système de plaque de montage et de plaque de réception à changement rapide personnalisé. Ces pièces hybrides ont permis de réduire la taille, le poids et le nombre de composants d'un système de changement rapide d'outillage robotique conventionnel, tout en incorporant des composants de préhenseurs éprouvés. Richard Cook a souligné que la solution EOAT légère qui en a résulté permettait non seulement d'atteindre une cadence de 80 pièces par minute, y compris pour les longs déplacements de plus de 26 pouces, mais que cette solution apte à la production permettait des changements sans outillage lors du passage d'une plaque de réception orientée vers le produit à une autre.

Christian Weder, ingénieur de soutien à la conception, remplit une fonction clé en soutenant la conception et la fabrication de pièces imprimées en 3D avec l'équipement Markforged chez Farason. Selon lui, "le choix de l'impression 3D comme base de cet outillage était vraiment bon, et nous a permis d'incorporer des pièces de machine tout en réduisant vraiment la quantité d'aluminium". Il est très important que cet outillage soit léger, étant donné la rapidité avec laquelle nous nous déplaçons." Christian Weder a ajouté qu'une pièce alternative en Delrin usiné aurait peu de chances d'atteindre le même poids cible pour une charge utile robotique, et que les efforts déployés pour enlever davantage de matière étrangère et ajouter des fonctionnalités exposent une pièce usinée à un risque de mise au rebut, ce qui accroît considérablement le délai de livraison au client.

Farason Corporation utilise une imprimante industrielle Markforged X7™ pour produire les pièces en Markforged Onyx®, avec des fibres continues de carbone supplémentaires pour renforcer, le cas échéant, une pièce adaptée aux déploiements de longue durée et aux cycles de changement multiples. Markforged devait fournir la géométrie complexe de la pièce dans un matériau suffisamment résistant, en incorporant les fonctionnalités de routage et de montage nécessaires à l'ajout des composants non imprimés dans la conception CAO. Cela permet d'éliminer les nombreux réglages de fraisage nécessaires à l'usinage de fonctionnalités sur plusieurs axes à l'aide d'un outillage conventionnel. Ensuite, ils ont pu incorporer des pièces métalliques simples telles que des plaques de rondelles et d'écrous et les composants du préhenseur à vide directement dans l'assemblage pour produire un outillage renforcé et fonctionnel sans dépasser les exigences en matière de poids. 

En renonçant à des procédés de fabrication conventionnels uniques et coûteux, l'équipe de Farason a pu développer sa solution à grande échelle pour répondre à des besoins en constante évolution. Après avoir confirmé et testé leur conception, ils ont pu déployer la solution sur quatre robots, en ajoutant une série de plaques réceptrices adaptées au produit. Le recours à l'impression 3D pour les plaques de réception a permis d'offrir des options supplémentaires aux clients, même après la livraison et l'installation de la plaque de montage à changement rapide. 

Richard Cook souligne d'autres avantages à l'impression 3D dans cette conception : texte sur la pièce, colliers de serrage pour les barillets de serrure articulés, languette à sens unique et dépression pour l'échantillon de couleur de l'étiquette du récepteur du produit. Ces éléments supplémentaires facilitent le procédé de changement d'outil sans augmenter le poids. Richard a ajouté "L'impression 3D nous a permis de respecter les limites de charge utile et d'inertie du robot, car cet engin était en train de voler." 

Mais selon Richard Cook, le facteur le plus important pour l'équipe Farason en ce qui concerne son engagement envers l'équipement Markforged se résume à un seul mot : Régularité. "Je sais que si le client m'appelle dans un an et qu'il a besoin d'un autre exemplaire, je serai en mesure de le produire", explique Richard. La pièce imprimée s'adaptera et n'aura pas une résistance différente, ni une finition de surface différente, ni d'autres éléments qui pourraient poser problème au client. La situation sera la même dans tous les cas de figure." 


Avantages de Markforged

• L'équipe de Farason a indiqué que la solution Markforged représente 25 % des coûts de leur approche conventionnelle de fraisage CNC.
• Réduction des pièces : rationalise le nombre de composants de machine nécessaires en incorporant des solutions de montage dans un composant imprimé en 3D.
• Plus légère et plus performante, l'EOAT imprimée en 3D permet de réaliser davantage de cycles.
• Produire en quelques heures plutôt qu'en quelques semaines ; créer des multiples selon les besoins.
• Réduire les coûts d'inventaire en imprimant à la demande.