Obr. 1 Spodná časť chápadla so vzorom švajčiarskeho syra v tvare kanálikov, ktoré vedú k vákuovému otvoru v hornej časti obrobku. Bežným obrábaním by takéto otvory nebolo možné vyrobiť, ale pomocou aditívnej výroby to bolo ľahké (zdroj: Anubis 3D).

Keď sa vedúci dodávateľ zariadení pre výrobcov v oblasti potravinárskeho priemyslu, Langen Group, začal zaoberať návrhom koncového efektora, ktorý by umožnil robotom zodvihnúť zabalené a naskladané sušienky a umiestniť ich do kartónových škatúľ, nové roboty pre baliacu linku už boli objednané. Technici sa dostali do úzkych: nástroj musel byť extrémny ľahký. Čo spočiatku vyzeralo nereálne, neskôr sa ukázalo ako pomerne jednoduché riešenie zabezpečené aditívnou výrobou. Spoločnosť Anubis vyvinula pre Langen Group inteligentné riešenie použitím systémov EOS.

Výzva

Aby bolo možné dosiahnuť maximálnu rýchlosť bez narušenia ťažiska robotov, nástroj – vrátane samotného produktu – nemohol vážiť viac ako dva kilogramy. Najväčší náklad sušienok na linke váži až 1,5 kg na desať balení. Čiže ostalo iba 500 gramov na návrh perfektného nástroja. „Nebolo možné splniť tieto požiadavky pomocou hliníka a oceľových plechov. Ak by chceli používať ťažší kovový nástroj, museli by prerobiť roboty, čo by bolo vo výsledku drahšie – a zároveň by museli pracovať v extrémnych časových intervaloch,“ hovorí prezident spoločnosti Anubis Tharwat Fouad. Nástroj musel navyše podporovať rýchle pripojenie a odpojenie. Obsluha musela totiž vedieť meniť veľkosť bez potreby skrutiek a matíc, ktoré predlžovali čas montáže. „Celkovo existovali dve úplne odlišné konfigurácie rôznych tvarov s tromi veľkosťami škatúľ (dve menšie škatule a jedna väčšia)“, hovorí T. Fouad. „Chceli sme jediný nástroj, ktorý by to zvládal s hmotnosťou menšou ako pol kilogramu, a chceli sme ho čo najskôr.“

Rovnako ako v prípade predchádzajúcich projektov, T. Fouad a jeho tím strávili nejaký čas prípravou prehľadu trhu a zhodnotili, ktorá výrobná technológia by najlepšie poslúžila ich zákazníkom. „Zistili sme, že väčšina výrobcov, ktorí vstúpili do oblasti aditívnej výroby na báze plastov, to urobila kvôli rýchlemu prototypovaniu,“ dodáva T. Fouad. „No naše dôvody boli odlišné. Vybrali sme niekoľko možností pre funkčné komponenty s využitím pre koncového zákazníka a zistili sme, že 3D tlač je pre takéto aplikácie najlepšou technológiu.“

Riešenie

Len čo padlo rozhodnutie prechodu na aditívnu výrobu, T. Foad vykonal podrobnú analýzu rozličných zariadení dostupných na trhu, až sa rozhodli pre systém FORMIGA P 100 od spoločnosti EOS. „Po niekoľkých dňoch od doručenia bol ich EOS uvedený do prevádzky. Práca so systémom bola jednoduchá. Spoločnosť EOS s nami spolupracovala, kým sme sa sami nestali experti. Teraz, o niekoľko rokov neskôr, sme s naším rozhodnutím veľmi spokojní.“ „Najväčšou výzvou pri prijatí aditívnej výroby,“ hovorí T. Fouad, „je zmena desiatky rokov starých spôsobov myslenia. Premena kovu na plast je možná, najmä ak je zrealizovaná na vedeckej úrovni. Musíte sa zamerať na geometriu súčiastky a treba sa vyhnúť tradičným obavám zo zložitosti súčiastky. Technológia EOS žiadne takéto obmedzenia nemá.“

Rovnako dôležitý bol pri Fouadovej vízii o produktoch pre koncového zákazníka výber materiálu – technológia EOS s práškovou vrstvou využívajúca napríklad polyamidy, polystyrén, termoplastické elastoméry a polyaryleteryketóny. „Tento systém nám dáva možnosť vytvoriť prakticky nekonečné množstvo súčiastok pomocou materiálov, ktoré sú v priemysle všeobecne akceptované,“ uzatvára T. Fouad. Rýchlu a presnú výrobu dielov zabezpečuje výkonný laser spárovaný s presnou optikou. Laserový lúč takto aplikuje vrstvu práškového materiálu na seba a vytvára zložité súčiastky.

Výhody technológie EOS na seba nedali dlho čakať. Jedným z prvých úspechov spoločnosti Anubis bol koncový člen pre aplikácie vyfukovania foriem, ktorý podľa T. Fouada inšpiroval ich tím a otvoril ich myseľ novým možnostiam aditívnej výroby. Pre zákazníkov zaoberajúcich sa vstrekovaním plastov a výrobou fliaš odvtedy navrhli rad podobných nástrojov, ako aj rôzne podpory a držiaky a pomáhajú spoločnosti Anubis získať pozíciu inovátora v týchto a aj iných priemyselných odvetviach. Spoločnosť v dôsledku toho odkúpila ďalšie dva systémy od spoločnosti EOS.

Výsledky

V prípade projektu pre významného amerického výrobcu potravín, spoločnosť Langen Group, navrhol Anubis namiesto tradičnej kovovej vákuovej platne a plášťa (ktorých dizajn a výroba trvali mesiace) ľahší a afektívnejší súbor komponentov, ktoré poskytli štvornásobok uchopovacej sily v porovnaní so staršími vákuovými uchopovačmi. Dodatočná výroba, montáž a otestovanie nového nástroja trvali iba týždeň. Kvôli svojej flexibilite, schopnosti udržať nárazovú záťaž a vďaka certifikácii UPS, trieda IV pre styk s potravinami, vybrali pre hlavnú vákuovú časť materiál nylon 12 (materiál PA 2200 od spoločnosti EOS). Hrúbka steny vákuového pohárika bola 2 až 3,5 mm a líšila sa od sekcie k sekcii. Tieto diely boli navrhnuté špeciálne pre priemyselnú 3D tlač pomocou softvérového programu organicky optimalizujúceho štruktúry podľa línie geometrie, na základe čoho sa nastaví hrúbka potrebná pre pevnosť a pružnosť.

„Účinnosť upraveného profilu, ktorý sme vyrobili pomocou technológie EOS, umožnila, aby koncový efektor zachytával všetko aj vďaka vlastnej hmotnosti,“ hovorí T. Fouad. „Náš zákazník sa predtým s takýmto výkonom nikdy nestretol.“ Vákuové uchopovače dodali spoločnosti Langen Group, ktorá ich nainštalovala do nových robotov v závode výrobcu potravín. „Predtým nebolo možné navrhnúť a vyrobiť nástroje, ktoré by dokázali dvíhať tak, aby sme zostali v rozsahu pracovného zaťaženia robota,“ hovorí Robert Husnik, Engeneering Manager z Langen Group. „Sloboda, ktorú aditívna výroba poskytla, nám umožňuje vyrábať takmer nemožné.“

„Ľuďom hovorím, že na rozdiel od tradičnej výroby je s aditívnou výrobou zložitosť jednoduchá. Dizajnér môže prísť s najrôznejšími nápadmi a nikto sa nebude sťažovať. Môžete znížiť hmotnosť súčiastok, udržať pevnosť a prinášať pekne vyzerajúce produkty s väčšou funkčnosťou za menej času a za nižšie náklady než kedykoľvek predtým. Je to skutočná výrobná zmena.“
Tharwat Fouad, prezident spoločnosti Anubis

Krátky profil

Anubis 3D je divízia spoločnosti Anubis Manufacturing Consultants Corporation. Spoločnosť sídli v meste Mississauga v Ontáriu a špecializuje sa na zákazkovú digitálnu výrobu, ako je priemyselná 3D tlač.

Zdroj: Industry: Anubis 3D - 3D-printed end-of-arm for smarter packaging. EOS, Inc., Case Study. [online]. Citované 10. 1. 2018.

-mk-