Applicazione in primo piano: Gestione dei cavi del braccio robotico

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. Il team di Farason ha progettato fascette stringitubo stampate in 3D che guidano le linee aeree lungo un braccio robotico.

Il team di Farason si è accorto di una complicazione durante la progettazione di una macchina sollevatrice dei lembi delle scatole per una linea che disimballa i prodotti dalla fabbrica per trasferire i piccoli prodotti confezionati sulle linee di imballaggio per la distribuzione e la vendita al dettaglio. Durante il collaudo della nuova macchina, hanno identificato un problema in una cella successiva, dove le scatole aperte si impigliavano durante il processo di scarico. La soluzione a questo problema? Aumentando il grado di rotazione precedente nella macchina sollevatrice dei lembi della scatola, si è riusciti a piegare ulteriormente la piega del cartone per evitare che i lembi interni si impigliassero quando la scatola veniva rovesciata. Per risolvere questo problema è stato necessario mettere a punto e riprogrammare il robot che sollevava i lembi della scatola, ma il team si è anche reso conto che la gestione dei cavi lungo il braccio del robot doveva essere ripensata.

La gestione dei cavi non è una sfida nuova per i costruttori di macchine per l'imballaggio. La ricerca delle posizioni e degli angoli giusti per fissare, nastrare, legare, guidare e gestire in altro modo i vari fili e tubi flessibili necessari per integrare sistemi di attuazione e sensori di terze parti nelle apparecchiature di automazione è sempre presente nell'ambiente di fabbrica. Ma quando si aggiungono movimenti complessi di bracci robotici multiasse, in particolare con stadi che si muovono su ampi gradi di rotazione, questi ostacoli di gestione smettono di essere una questione di ordine e di prassi in officina e iniziano a diventare un problema critico, soprattutto se il cliente dovrà provvedere da solo alla manutenzione e alla riparazione dei passaggi di cavi attraverso molteplici implementazioni.

In passato, un'applicazione come questa avrebbe comportato semplicemente più iterazioni di nastri e fascette tradizionali. Christian ha spiegato: "Probabilmente sarebbe stato fatto e rifatto un mucchio di altre volte finché non fosse andato bene". Ma la storia della macchina non si esaurisce con la consegna: con il tempo gli stessi tecnici della fabbrica si sono assunti la responsabilità dell'assistenza e della manutenzione della macchina. "Se un tecnico della fabbrica deve smontarlo per pulirlo e poi reinstalla un pezzo in modo errato, questo diventa un grosso punto interrogativo per la macchina".

La regolazione dell'azione programmata per il braccio FANUC e l'ampia rotazione della barra di sollevamento dei lembi della scatola hanno fatto sì che la progettazione della gestione dei tubi flessibili giocasse un ruolo funzionale nel piano di implementazione a lungo termine della macchina. Markforged ha aiutato il team di Farason a rispondere a queste esigenze con una soluzione rifinita in modo professionale e ben accolta dal cliente: una soluzione progettata fin dall'inizio tenendo conto dei futuri accessi per l'assistenza e la manutenzione.

Il team di Farason ha progettato una serie di fascette stringitubo stampate in 3D per guidare le due linee aeree da un generatore di vuoto montato sul robot verso i lati di una barra con pinze a vuoto per sollevare i lembi della scatola. Grazie a questa soluzione di gestione dei cavi, il flessibile ha avuto un gioco sufficiente per evitare attorcigliamenti, tensioni o cali di pressione mentre attraversava l'asse di rotazione di ogni fase senza attorcigliarsi o impigliarsi.

Richard Cook, ingegnere di supporto alla R&S di Farason, ha progettato la macchina e collaborato con Christian per mostrargli i problemi che potrebbero essere risolti grazie a una strategia di gestione dei cavi stampata in 3D. "Potrebbe sembrare una semplice gestione dei flessibili, ma in questo caso ha una funzione seria", ha spiegato Richard. "Il modo in cui il robot si articola, quelle fascette e il connettore terminale sono necessari per mantenere il flessibile e il raccordo aderenti alla barra, in modo che non interferiscano con il coperchio della scatola".

La macchina è stata progettata per gestire l'apertura di cinque diverse dimensioni della macchina, con diverse larghezze e lunghezze. Richard ha dimostrato quanto sia stato importante trovare un modo unico di affrontare il problema, invece di limitarsi a cablare per una sola posizione, "perché questo ci ha permesso di seguire il raggio che il lembo compie per ciascuna delle opzioni".

Il team ha fabbricato con Markforged le parti pronte per la produzione da spedire con la macchina, scegliendo Onyx come materiale per la stampa.

La soluzione Markforged creata per questa applicazione ha introdotto un nuovo concetto per il loro team. "Abbiamo catturato fisicamente l'intento progettuale [per la gestione dei cavi] in modo permanente utilizzando parti stampate", ha detto Christian. "E questo garantisce che la macchina venga sempre rimontata nello stesso modo in cui è arrivata".

Vantaggi di Markforged

• Creazione di soluzioni di integrazione robotica personalizzate in base alle esigenze.
• Riduzione dei tempi di consegna a poche ore per parti pronte per la produzione.
• Il team di Farason ha riferito di aver ridotto i costi dei pezzi fino al 90% rispetto alla produzione esternalizzata di parti simili.
• Aumentare l'efficienza complessiva delle attrezzature (OEE), prevenire i problemi in una cella affollata e preservare i tempi di attività della linea.
• Ridurre i costi di inventario grazie alla stampa su richiesta.