HATÉKONYABB GYÁRTÁS ÉS ELLENŐRZÉS
Előző két cikkünkben a 3D nyomtatással támogatott prototípusgyártással, majd karbantartással foglalkoztunk. Most felgyűrjük az ingujjunkat, és megnézzük, hogy milyen, könnyen utánozható megoldásokkal képes a 3D nyomtatás a termelékenység növelésén keresztül közvetlenül profitot termelni az azt alkalmazó csomagolóipari vállalkozások számára.
A csomagolóiparban általában óriási darabszámokról beszélünk, ahol a folyamatos termelés mellett a szezonalitás is megjelenhet. A gazdaságosság és termelékenység jegyében tehát terjed a robotizáció. A korszerű, automatizált csomagolási folyamat pedig számtalan egyedi alkatrészigényt teremt. A legtöbb, nagy nevű vállalat az egyedi alkatrészek előállításához már 3D nyomtatásra is támaszkodik. A 3D nyomtatás ugyanis számos olyan geometriai kihívás megugrására képes, amelyre a hagyományos gyártástechnológiák nem. Ennek köszönhető, hogy additívan hatékonyabb kialakítású célszerszámokat képesek készíteni, mint korábban. 3D nyomtatással bármely típusú csomagolórendszer fejleszthető, a töltő-, lezáró-, címkéző-, raklapozó- és csomagolórendszerek is. A FreeDee Kft. hazai ügyfelei – mint például az Unilever, a SCHOTT Pharma, a POLIOL és a Trivium – mind sikeresen integrálták a 3D nyomtatást az automatizált csomagolási folyamataikba. Az ő bevált gyakorlataikra is építettünk a cikksorozatunk során (az első részben többek között az alapfogalmakról, a második részben pedig a hatékony karbantartásról, maximális üzemidőről és raktározási költségcsökkenésről olvashattak).
Megéri a 3D nyomtatás a befektetést?
A 3D nyomtatás formai szabadsága a célra szabott megoldásaival lehetővé teszi a csomagolósorok konkrét bevételtermelő-képességének a növelését. Bemutatunk hat olyan alkalmazási területet, amely már számtalan üzemben bizonyította, hogy képes profitnövekedést és egy 3D nyomtató gyors megtérülését biztosítani.
Robotmegfogók
A célra szabott robotmegfogók nyomtatása nagyon elterjedt gyakorlat, mivel megoldást nyújtanak az általában CNC-megmunkálással előállított eszközök korlátaira. A hagyományos, gyakran nehéz fémmegfogók általában 1-2 kg-ot vagy annál is többet nyomnak, ami a robotkar kapacitásának jelentős részét elveheti. Ez a súly kompozit-nyomtatással a töredékére csökkenthető a szilárdság feláldozása nélkül. A 3D nyomtatás képes skálázhatóvá tenni a csomagolóipari termékek változatos geometriáihoz való folyamatos alkalmazkodást is, ami korábban kihívást jelentett a gyártás költsége és átfutási ideje miatt.
Az additív gyártás formai szabadsága pedig korábban szerelt összeállítások, egyben való nyomtatását is lehetővé teszi. A célgépépítéssel foglalkozó Farason csapata az összes fenti lehetőséget kihasználja a megfogói gyártása során, amihez a Markforged folyamatos szálerősítéses kompozit 3D nyomtatókra támaszkodik. Egy esetben töltött samponos palackok mozgatásához gyorskioldós, cserélhető, vákuumos megfogórendszert terveztek.
A nyomtatott megoldás lehetővé tette a ciklusidő és a mozgatási távolsági célok elérését a robotkar terhelhetőségén belül, emellett a gyors csere lehetőségével az állásidők csökkentéséhez is hozzájárult. Hasonló esetben a vákuumos megfogók nyomtatásával 80%-os súlycsökkenést értek el, és két hétről két napra csökkentették a szállítási időt a megmunkált megfogókhoz képest.
Fogaskerekek, adagolócsigák
A szállítószalagok, csomagolósorok meghajtására használt fogaskerekek bármely gyártósor gerincét képezik. A hagyományosan POM-ból készült alkatrészekhez képest a 3D nyomtatott változat olcsóbb, és minden egyedi felhasználási esetre optimalizálható. Például a Krones – a palackozók és élelmiszergyártók komplett rendszereinek egyik vezető gyártója – szintén 3D nyomtatásra támaszkodik az egyedi fogaskerekei előállításához és pótlásához.
A Kroneshoz hasonlóan a Trivium Packaging gyáraiban is UltiMaker 3D nyomtatókkal dolgoznak, amelyek képesek kétfejes nyomtatásra és nagyon széles körű, nyílt alapanyag felhasználást biztosítanak. A hollandiai telephelyen például 3D nyomtatással pótolják a gépek adagolócsigáit, amelyeket először olcsóbb alapanyagból gyártva tesztelnek, majd ellenálló és erős PA CF alapanyagból állítják elő a bevált dizájnt ugyanazon a gépen. Hasonló, de szabálytalanabb csigák segítenek a csomagolósorokon átrendezni, növelni vagy csökkenteni a termékek közötti időt. 3D nyomtatással gyorsan és házon belül reagálhatunk az eltérő időközök igényére, ami felgyorsítja az ilyen jellegű átállásokat is.
Helyezők és pozícionálók
A változatos termékek hatékony elrendezése céljából egyszerűen nyomtathatók a geometriához és a tervezett csomagoláshoz illeszkedő pozicionáló- és tolóalkatrészek. Ezek a nyomtatott helyezők digitálisan akár néhány óra alatt módosíthatók, igény szerint újranyomtathatók, ha változna a csomagolás vagy a szükséges elrendezés.
Jó példa a nyugat-magyarországi SCHOTT Pharma, ahol évente több mint 2 milliárd ampullát, karpullát és üvegcsét állítanak elő a globális gyógyszeripar számára. Ilyen mennyiségeknél az automatizálásnak óriási a jelentősége, amelyet a termékek csomagolása során is alkalmaznak. Egy új vevői igényre reagálva változtatni kellett bizonyos termékek gyártásán, hogy az üvegcsék pontos mátrixba rendezve kerüljenek csomagolásra. Az új csomagolási rendben a termékek nem érnek egymáshoz, nem sérülnek, miközben a precíz elrendezés megkönnyíti a vevőoldali munkafolyamatokat is.
A SCHOTT mérnökei a házon belüli UltiMaker nyomtatójukhoz fordultak, hogy gyorsan reagálhassanak a vevői igényre, és olyan öblökkel rendelkező munkadarabokat terveztek, amelyek két lépcsőben tolják a pontos helyükre az üvegcséket.
A csomagolás során gyakori feladat a termékek átfordítása is, hogy lejárati dátumot lehessen nyomtatni az aljukra. Amíg hagyományosan ezeket az átfordító alagutakat nagy POM-blokk feldarabolásával és a belső üreg megmunkálásával gyártják, egyre több helyen alkalmaznak egy darabban nyomtatott alagutakat. Az alacsony súrlódású nyomtatóanyagok lehetővé teszik, hogy az alagútban lévő tárgy magától átcsússzon.
Szenzortartók, konzolok
Az automatizálással együtt rengeteg szenzor elhelyezése szükséges a gyorsan haladó csomagolósorokon. Ezek pontos és gyors elhelyezését nagyban segíthetik a nyomtatott szenzortartók. 3D nyomtatással a konzolok teljesen szabadon alakíthatók, hogy pontosan a megfelelő pozícióban tartsák az érzékelőket anélkül, hogy azokba beleütközhetnének a termékek.
Ergonomikus gyártóeszközök
Az automatizált gépek egyértelmű ciklusidő-csökkentésén túl a nyomtatott célszerszámok ergonomikus kialakítása és súlycsökkenése az operátori hatékonyságot is képes növelni. A győri Dana Hungary gyárban például egy-egy kéziszerszám súlyát akár 90–95%-kal is csökkentették kompozit 3D nyomtatással, ami rengeteget könnyített és gyorsított az operátorok napi munkáján.
A csomagolástechnikánál maradva, a sevillai Heineken üzemben is nyomtatnak operátori eszközöket. 3D nyomtatással az egyik speciális csőfogó előállítási költsége 70%-kal, a szállítási ideje pedig három napról egy napra csökkent. A nyomtatott eszköz kisebb súlya és célra szabott geometriája könnyebb, biztonságosabb és hatékonyabb operátori munkát ér el.
Ellenőrző alkatrészek, go-no go sablonok
Az egyre magasabb szintű minőségi elvárások mind nagyobb terhet rónak a csomagolóipari gyártókra. A 3D nyomtatás a különböző ellenőrző eszközök létrehozására is megfizethető és teljes geometriai szabadságot biztosító módszert kínál. Legyen a vizsgálandó paraméter egy méret vagy vizuális tulajdonság, egy nyomtatott ellenőrzősablon gyors és egyszerű megoldást nyújthat az ellenőrzésre.
Egy csomagolástechnikai példa a címkék megfelelő elhelyezését ellenőrző eszköz, mint amilyet a képen látható ragasztóstifthez is használnak. A Magigoo gyárban a nyomtatott eszközök színkódolása tovább egyszerűsíti az ellenőrzési munkafolyamatot.
ÖSSZEGZÉS
Senki sem tudja megmondani, hogy mi lesz a jövő – csak a jelekből próbálhatunk következtetni. Nincs ez máshogy az additív gyártás területén sem. A 3D nyomtatás átgondolt gyártó- és csomagolósori alkalmazása már számtalan helyen vezet magasabb üzemidőhöz, gyorsabb reakcióképességhez, ellenállósághoz, nagyobb termelékenységhez és jobb munkakörülményekhez. A jelek alapján nagy szerepe van abban, ahogy lépésről lépésre haladunk az ipar 4.0 valódi világa felé. Ahogy egyre több gyártó fedezi fel a 3D nyomtatásban rejlő lehetőségeket, egyre kevésbé lesz elképzelhető egy gyár versenyképes, gazdaságos működtetése házon belüli 3D nyomtató kapacitás nélkül.
