Applicazione in primo piano: Piastra di montaggio a cambio rapido

Da oltre trent'anni, Farason Corporation progetta e fornisce sistemi di automazione e robotica su misura per le aziende produttrici, consegnando oltre 900 macchine in Nord America, Asia, Sud America ed Europa. Il team di Farason ha integrato le stampanti 3D Markforged per aumentare le opportunità di progettazione e produzione, in linea con l'impegno di Farason di fornire soluzioni esclusive e personalizzate per le sfide specifiche dei clienti. Hanno utilizzato Markforged per creare una piastra di montaggio a cambio rapido personalizzata per la propria soluzione di sistemi di presa per pinze a vuoto.

Dato che i prodotti confezionati (bottiglie di shampoo riempite) da movimentare erano pesanti, di forma irregolare e si muovevano rapidamente lungo la linea, le soluzioni di imballaggio convenzionali, valutate per il trasferimento con sollevamento, pesavano troppo per i limiti di carico utile del robot, impedendo di raggiungere la velocità di ciclo e le distanze di spostamento previste. Con un ampio mix di prodotti, era necessario rimuovere e sostituire la piastra di montaggio a cambio rapido stampata in Onyx® e l'EOAT personalizzato in fibra di carbonio continua, ma le soluzioni convenzionali (parti in Delrin fresate su misura) non erano adatte: una soluzione per un singolo prodotto per ogni cambio avrebbe avuto un impatto negativo sul programma di produzione e non sarebbe stata scalabile per adattarsi alle variazioni dei robot disponibili e dei colli trasportati.

Secondo il team di Farason, era necessario un EOAT personalizzato, ma le parti convenzionali (parti in Delrin fresate su misura) sono una soluzione inadeguata: 

• Le parti sono costose e potrebbero essere ancora troppo pesanti per un'elevata velocità di ciclo.
• L'EOAT ottimizzato per le prestazioni richiede diversi e costosi allestimenti di fresatura per fornire feature lungo più assi, con conseguenti costi più elevati e tempi di consegna più lunghi se prodotto fuori sede.
• Ulteriori fasi di riduzione del peso possono migliorare la leggerezza, ma possono sovraccaricare una parte, aumentando il rischio di scarti e introducendo ulteriori ritardi.
• La produzione di EOAT personalizzati una tantum non è facilmente scalabile per le modifiche alle piattaforme di automazione e all'imballaggio dei prodotti.

Richard Cook, ingegnere di supporto alla R&S di Farason, ha sfruttato le capacità della stampa 3D industriale in combinazione con altri componenti della macchina per creare un sistema personalizzato di piastra di montaggio a cambio rapido e di piastra ricevente. Queste parti ibride hanno ridotto le dimensioni, il peso e il numero di pezzi di un sistema di presa convenzionale a cambio rapido con pinza a vuoto, incorporando al contempo componenti della pinza affidabili. Richard Cook ha sottolineato che la soluzione EOAT leggera che ne è risultata non solo ha raggiunto una velocità di ciclaggio di 80 pezzi al minuto, compresi spostamenti lunghi di oltre 66 cm, ma questa soluzione adatta alla produzione ha permesso di effettuare cambi senza utensili quando si cambiavano le piastre riceventi rivolte verso il prodotto.

Christian Weder, ingegnere di supporto alla progettazione, ricopre un ruolo chiave nel supportare la progettazione e la fabbricazione di parti stampate in 3D con le attrezzature Markforged di Farason. "La scelta della stampa 3D come base per questa attrezzatura è stata davvero azzeccata e ci ha permesso di incorporare parti della macchina, riducendo al contempo la quantità di alluminio. Preservare la leggerezza di questa attrezzatura è molto importante per la velocità con cui ci muoviamo". Christian Weder ha poi sottolineato che un pezzo alternativo realizzato in Delrin lavorato a macchina difficilmente raggiungerebbe lo stesso peso target del carico utile robotico, e che gli sforzi per rimuovere ulteriormente il materiale estraneo e aggiungere feature mettono a rischio di scarto una parte fresata, aumentando drasticamente il tempo di consegna al cliente.

Farason Corporation utilizza una stampante industriale Markforged X7™ per produrre i pezzi in Onyx®, Markforged, con fibra di carbonio continua aggiuntiva per rinforzare dove appropriato, per un pezzo adatto a lunghe implementazioni e cicli di cambio multipli. Markforged doveva fornire la complessa geometria dei pezzi in un materiale adeguatamente resistente, incorporando le feature di instradamento e montaggio necessarie per aggiungere i componenti non stampati al progetto CAD. In questo modo si eliminano le numerose impostazioni di fresatura necessarie per il taglio di feature a più assi con attrezzature convenzionali. Quindi, sono stati in grado di incorporare semplici parti metalliche come le piastre di rondelle e dadi e i sistemi di presa a vuoto direttamente nell'assemblaggio per produrre un'attrezzatura rinforzata e funzionale senza superare i requisiti di peso. 

Rinunciando a costosi percorsi di fabbricazione convenzionali una tantum, il team di Farason è stato in grado di scalare la propria soluzione per soddisfare le esigenze in continua evoluzione dei clienti. Dopo aver confermato e testato il loro progetto, sono stati in grado di implementare la soluzione su quattro robot, aggiungendo una serie di piastre riceventi abbinate al prodotto. L'utilizzo della stampa 3D anche per le piastre riceventi ha permesso di aggiungere ulteriori opzioni ai clienti, anche dopo la consegna e l'installazione della piastra di montaggio a cambio rapido. 

Richard Cook sottolinea altri vantaggi derivanti dall'inclusione della stampa 3D in questo progetto: testo sulla parte, fascette a scatto per i cilindri di chiusura articolati, una linguetta unidirezionale e una depressione per il campione di colore dell'etichetta del contenitore ricevente il prodotto. Questi elementi aggiuntivi facilitano il processo di sostituzione senza utensili e sono ottenuti senza aumentare il peso. "La stampa 3D", continua Richard, "ci ha permesso di rispettare i limiti di carico utile e di inerzia del robot, perché quell'oggetto volava che era una bellezza". 

Ma secondo Richard Cook, il fattore più importante per il team di Farason, per quanto riguarda il loro impegno nei confronti delle apparecchiature Markforged, si riduce a una sola parola: coerenza. "So che se il cliente chiama tra un anno e ne vuole un altro", dice Richard, "sarò in grado di produrlo". La parte stampata si adatterà, e non avrà una resistenza diversa o una finitura superficiale diversa o altri elementi che potrebbero rappresentare una sfida per il cliente". Sarà esattamente la stessa, secondo ogni ragionevole misura". 


Vantaggi di Markforged

• Il team di Farason ha riferito che la soluzione Markforged costa il 25% in meno rispetto all'approccio tradizionale di fresatura CNC.
• Riduzione delle parti: semplifica il numero di componenti della macchina necessarie incorporando soluzioni di montaggio in un componente stampato 3D.
• L'EOAT stampato in 3D, più leggero e performante, permette un maggior numero di cicli.
• Produrre in ore invece che in settimane; creare molteplici duplicati in funzione delle necessità.
• Ridurre i costi di inventario grazie alla stampa su richiesta.