A impressão 3D cria uma janela de oportunidade de automação

A inspeção manual de peças em intervalos regulares causou essa célula giratória para pausar a produção. A impressão 3D de uma calha de coleta de peças para entrega fora da célula eliminou esse problema. (Todas as fotos são cortesia da Superior Metal Products, exceto onde indicado.)

Há um ano, pude visitar a Superior Metal Products de Omaha para escrever uma história sobre uma célula robótica complexa na qual um centro de torneamento de eixo duplo Doosan TW2600 realizava operações de faceamento em uma família de componentes de bomba de ferro fundido dúctil. Em suma, essa célula apresentava um transportador de entrada que alimentava as peças de trabalho para um robô FANUC que as carregava na máquina e, em seguida, descarregava as peças concluídas e as colocava em um carrinho.

Esta foi a segunda célula de usinagem robótica da oficina. O primeiro, instalado em 2018, possui um centro de torneamento Okuma LB3000 EXII funcionando sem supervisão graças a uma unidade robótica de carregamento e armazenamento de peças LoadAssistant da Halter. Esta unidade autónoma, instalada no lado esquerdo da porta da máquina, inclui um robô FANUC e uma mesa intercambiável de dois lados para guardar peças brutas de material e peças concluídas, respetivamente. Os operadores podem acessar com segurança metade da mesa para remover peças concluídas e carregar novas peças brutas enquanto o robô manipula o material para servir a máquina na outra metade da mesa.

Esta foto, que tirei antes das peças foi adicionado calha de coleta, mostra como o operador teria que entrar na área do robô para acessar uma peça para inspecionar.

A cerca parcial separa o operador da máquina da parte da mesa de armazenamento que o robô pode acessar. No entanto, a área em frente à porta da máquina é aberta para permitir que o operador se aproxime da máquina quando necessário. Isso é possível porque o scanner a laser da unidade pode detectar quando o operador se aproxima dessa área. Ele aciona o robô para desacelerar quando uma pessoa entra em uma zona de segurança do espaço externo definido e para se a pessoa entrar na zona interna definida mais próxima da máquina e do robô.

Ao longo dos anos, essa configuração permitiu que a Superior Metal Products realizasse uma boa parte da operação autônoma da máquina. Dito isto, a inspeção obrigatória das peças em intervalos definidos significava que o operador tinha que entrar nas zonas de segurança para acessar as peças para medir, interrompendo temporariamente a produção. Uma calha inteligente de coleta de peças plásticas impressa na impressora 3D de mesa da loja e instalada na cerca LoadAssistant resolveu esse problema. O robô agora pode soltar peças a serem inspecionadas no chute, onde o operador pode acessá-las em uma bandeja sem entrar nas zonas de segurança escaneadas a laser e sem interromper a produção. Na verdade, este é apenas um exemplo de como a Superior Metal Products usou sua impressora 3D para fazer itens que não são apenas úteis no chão de fábrica, mas que talvez sejam mais fáceis de criar do que a usinagem tradicional.

Impressão como alternativa à usinagem

A Superior Metal Products apresenta uma variedade de equipamentos em suas instalações de 30.000 pés quadrados. Isso inclui VMCs, HMCs e centros de torneamento, bem como equipamentos de fresagem, brochamento, retificação, lapidação, soldagem e balanceamento. A impressora de plástico 3D da loja, um modelo de desktop Lulzbot TAZ-6, foi comprada no final de 2017.

O primeiro passo para a impressão 3D é criar um Modelo CAD da(s) peça(s). Aqui está um modelo dos componentes que compõem a calha de coleta de peças.

Frank O'Connor, presidente da Superior Metal Products, diz que, embora não soubesse exatamente como a impressora poderia ajudar a atender às necessidades da loja, parecia ser a hora certa de comprá-la e experimentá-la. Desde então, a loja imprimiu vários itens que provaram ser valiosos no suporte a vários processos de usinagem e fabricação em suas instalações.

“É incrível quantos usos internos uma oficina mecânica típica pode ter para itens impressos em 3D, diz O’Connor. “Embora seja verdade que alguns itens possam ser usinados, produzi-los por meio de impressão 3D às vezes é o caminho mais fácil a seguir.”

Ele explica que com a impressão 3D cria um modelo CAD da peça; define vários parâmetros de impressão, incluindo temperatura, porcentagem de preenchimento (geometria interna) e espessura da parede; pressiona “imprimir”; e retorna mais tarde para encontrar uma peça completa na placa de construção da impressora. Com a usinagem, ele teria que criar um esboço ou aquele mesmo modelo CAD da peça; escrever um programa CNC (a essa altura, a impressora 3D pode estar imprimindo a peça e ele pode estar em outra coisa); encontrar e serrar espaços em branco de material; reunir ferramentas de corte e possivelmente dispositivos de fixação; configurar a máquina; e, por fim, inspecione a peça usinada. Isso consome não apenas seu tempo, mas também o de uma máquina que poderia estar executando peças de produção.

“Eu não estou batendo na usinagem. A usinagem é muito mais legal do que a impressão 3D”, brinca O’Connor. “Além disso, meu sustento depende de uma demanda por peças usinadas. Mas, para peças únicas ou de baixo volume que podem funcionar com segurança e confiabilidade quando feitas de materiais imprimíveis, a impressão 3D é uma boa opção.”

Aqui está a parte principal do chute de peças impressão intermediária. Observe os suportes no meio que são removidos quando a impressão é concluída.

A calha de peças com bandeja de coleta para a célula automatizada de Okuma é um bom exemplo. A entrada do chute está localizada na área protegida (dentro das cercas e zonas de varredura a laser) e sua saída está fora dessa área. O'Connor diz que os benefícios não incluem apenas o acesso à peça sem pausar a produção e aderência consistente à frequência de inspeção, mas também que o operador da célula pode estar executando uma tarefa perto da célula e procurar rapidamente a presença da peça na bandeja para saber se é hora de inspecionar uma peça.

Uma rotina personalizada no controle Halter LoadAssistant leva dados de conversação para registrar o comprimento da peça e ajustar o ponto de queda da peça de acordo para garantir uma entrada suave no chute.

O'Connor diz que a operação de entrega parcial do robô é uma rotina personalizada criada por meio do controle LoadAssistant. O operador simplesmente adiciona a rotina à lista de tarefas do robô e, em seguida, preenche um valor de registro no teach pendant FANUC para definir a frequência de queda de inspeção. Quando a contagem de registro é atingida, a próxima peça finalizada é colocada no chute, em vez de ser entregue na mesa LoadAssistant. “O aspecto interessante sobre a rotina personalizada é que ela usa os dados de conversação do Halter para registrar o comprimento da peça e ajusta o ponto de queda de acordo para garantir uma entrada suave no chute”, diz O'Connor.

Outros exemplos de impressão

Durante minha visita em 2019, notei vários outros dispositivos úteis que a Superior Metal Products projetou e imprimiu para atender às suas várias necessidades de chão de fábrica. Aqui estão exemplos de um que eu vi, bem como outros que foram adicionados recentemente.

Bandejas impressas em 3D como esta I fotografados seguram ferramentas de troca rápida que são usadas em um torno de torre dupla em outra célula de usinagem automatizada na oficina. As bandejas ficam na borda do gabinete da máquina para facilitar o acesso do operador. O'Connor diz que eles também fornecem à equipe de atendimento da célula um indicador visual de quais ferramentas precisam de inserções indexadas ou substituídas enquanto a célula está em execução. Quando as bandejas estão na mesa de trabalho da célula (fora da cerca de segurança), as ferramentas com arestas de corte da pastilha apontando para a máquina estão prontas para serem instaladas enquanto aquelas com arestas de corte apontando para fora da máquina precisam de pastilhas atualizadas antes do próximo ciclo de troca.

Os mordentes do torno como estes podem ser impressos em 3D para acomodar formas semi-complexas. Estes foram impressos a partir de material de polietileno tereftalato glicol (PETG) com um preenchimento sólido. Eles podem suportar 50 ft.lbs. de torque de aperto da morsa e foram usados ​​para as operações de fresagem, furação, mandrilamento e brochamento para esta peça em particular. O'Connor observa que não havia sinais de degradação até o final da execução de 25 peças.

Este sistema de armazenamento modular com bandejas e um O conceito de rack de estação de trabalho é usado para armazenar vários medidores de inspeção. Pinos calibradores, calibradores de rosca, dispositivos de inspeção específicos de peças e assim por diante são equipados pelo pessoal de controle de qualidade e enviados para o chão de fábrica como parte da configuração/liberação do trabalho para produção.