Roboty 6-osiowe podbijają wtryskownie

Automatyzacja pracy wtryskarki od zawsze kojarzy się z robotami kartezjańskimi o klasycznej konstrukcji portalowej (X-Y-Z). W ostatnich latach przestało to jednak być już takie oczywiste jak dawniej. Obok maszyny (lub też na niej) coraz częściej możemy spotkać ramię robota 6-osiowego, które oferuje zdecydowanie więcej możliwości.

Ceny obu rodzajów robotów o porównywalnych udźwigach i zasięgach stały się na tyle zbliżone, a potrzeby automatyzacji na tyle duże, że coraz więcej zakładów przetwórstwa tworzyw sztucznych decyduje się na wybór tzw. „6-osiówek”. Z uwagi na swoją kinematykę, roboty tego typu dają zdecydowanie więcej możliwości manipulacji wewnątrz formy oraz poza nią. W przypadku klasycznego odbioru detalu i odkładania go na taśmociąg, nie zrobi to w prawdzie większej różnicy, ale należy mieć na uwadze że roboty 6-osiowe pozwalają na rozbudowanie stanowiska o dodatkową automatyzację w przyszłości. Nie bez znaczenia jest również zwiększona sztywność układu kinematycznego, oferowane przyspieszenia, prędkości oraz powtarzalność. Przykładowo popularna jednostka M20iD/35 firmy FANUC zapewnia powtarzalność na poziomie +/- 0.03 mm. Takie parametry są niemożliwe do osiągnięcia przy zastosowaniu konstrukcji portalowej.

Jakie procesy opłaca się robotyzować?

Przy wyliczaniu rocznej stopy zwrotu z inwestycji należy wziąć pod uwagę szereg czynników technologicznych, ekonomicznych oraz społecznych. Najczęściej wymienianą korzyścią jest oczywiście ograniczenie pracy rąk ludzkich, co nabrało dodatkowego znaczenia w czasach pandemii. Wdrożenie jednego robota, w zależności od aplikacji pozwala na zredukowanie od 0,5 do nawet 3,5 etatu operatora. Do głównych zysków wynikających z robotyzacji należy zaliczyć również zyski powodowane zwiększoną wydajnością produkcji oraz minimalizacją strat z powodu reklamacji jakościowych. W wielu przypadkach (jak chociażby w aplikacjach z automatycznym podawaniem insertów do form) automatyzacja procesu pozwala zastosowanie innej, niedostępnej wcześniej technologii produkcyjnej.

Podsumowując, firmy zazwyczaj decydują się w pierwszej kolejności wdrażać robotyzację w procesach o największych wolumenach produkcji, największej złożoności lub najbardziej wymagających wskaźnikach jakościowych. Powyższa charakterystyka najbardziej przystaje do branży Automotive i istotnie, współczynnik gęstości robotyzacji we wtryskowniach produkujących części samochodowe jest najwyższy. Ostatnie lata przynoszą jednak duże zmiany w tym zakresie. Coraz więcej wdrożeń stanowisk zrobotyzowanych obserwuje się w przedsiębiorstwach produkujących części AGD lub opakowania z tworzyw sztucznych.

Procesy jakie najczęściej są automatyzowane bezpośrednio w gnieździe wtryskarki to: automatyczny obtrysk insertów, inspekcja wizyjna, atramentowe lub laserowe znakowanie detali, montaż, etykietowanie oraz pakowanie. Czasami roboty integrowane są również w niezależnych stacjach montażowych. Takie rozwiązanie z kolei zapewnia pracę niezależnie od bieżącego obłożenia wtryskarek.

Overmolding, czyli podawanie insertów do formy wtryskowej

Ostatnie lata to bardzo intensywny wzrost liczby projektów związanych z obtryskiem metalowych elementów. W przypadku detali o prostej geometrii ich insertowanie może być realizowane przy pomocy klasycznego robota kartezjańskiego. W przypadku bardziej złożonych kształtów, wielu rodzajach insertów w jednym detalu lub różnych orientacjach płaszczyzn aplikacji przemysłowy robot  6-osiowy to jedyne rozwiązanie. Obtrysk insertów tworzywem zapewnia najlepsze parametry połączenia materiałów co przekłada się na zdecydowanie wyższy moment zrywający. Dodając do tego oszczędności spowodowane eliminacją dodatkowych procesów takich jak wtapianie czy wbijanie mamy wytłumaczenie tak dużego wzrostu popularności tej technologii.

W aplikacjach automatyzujących overmolding inserty najczęściej są separowane oraz pozycjonowane z wykorzystaniem bębnowych podajników wibracyjnych. W niektórych projektach stosuje się również dedykowane magazynki wydające inserty bezpośrednio na chwytaku. Dodatkowo, gniazda produkcyjne mogą zostać doposażone w moduły inspekcyjne lub system wizyjny, który będzie weryfikował obecność, położenie oraz wymiary insertów w detalu. Automatyzacja procesu podawania insertów do formy wtryskowej pozwala zredukować koszty (brak dodatkowych stacji montażowych), zoptymalizować czas cyklu oraz zredukować ilość braków.

Pakowanie i paletyzacja

Bardzo częstym widokiem po wejściu na halę wtryskowni jest szereg maszyn ustawionych ciasno obok siebie. Każde gniazdo wyposażone jest w celę robota kartezjańskiego, transporter taśmowy oraz stanowisko pracy operatora, którego głównym zadaniem jest wizualna ocena produkowanych detali oraz ich układanie w pojemnikach. W firmach o wyższym poziomie automatyzacji obraz ten wygląda nieco inaczej. Procesy realizowane przez operatora zastępowane są pracą maszyn w związku z czym na transporterze wyjściowym wyjeżdżają pełne opakowania gotowych wyrobów, które zostały już poddane kontroli jakości oraz w odpowiedni sposób oznakowane. Operator wówczas może obsługiwać jednocześnie kilka stanowisk, a jego funkcja ogranicza się do okresowej wymiany opakowań zbiorczych oraz uzupełniania buforów półproduktów i opakowań.

Automatyzacja procesu pakowania zazwyczaj wiąże się ze zmianą rodzaju pakowania detali. Możliwe jest pakowanie w tradycyjne kartony, ale o wiele częściej stosowane są kuwety, tacki lub fikstury wykonane z tworzywa. Takie rozwiązanie zapewnia powtarzalne i precyzyjne pozycjonowanie co często jest bardzo pomocne gdy produkty będą montowane lub poddawane dodatkowym procesom na kolejnych stanowiskach automatycznych. Pakowanie realizują dedykowane temu zadaniu maszyny peryferyjne zainstalowane wewnątrz celi, a wszystko może być obsługiwane przez robota 6 osiowego. W większości przypadków jest to ten sam robot, który obsługuje wtryskarkę, natomiast gdy aplikacja jest złożona a czas cyklu ograniczony zasadne jest użycie większej liczby robotów.

Coraz większą popularnością we wtryskowniach cieszą się również roboty współpracujące. Nie zapewniają takich co prawda takich prędkości jak roboty przemysłowe, ale dzięki możliwości bezpiecznej pracy bez osłon mogą pracować w miejscu operatora nie zajmując dodatkowego miejsca. Głównymi korzyściami wynikającymi z zastosowania robotów współpracujących jest możliwość ich szybkiej instalacji w danym gnieździe produkcyjnym oraz łatwość programowania.

Kontrola jakości

Poza kryterium opłacalności drugim czynnikiem napędzającym rozwój robotyzacji w zakładach przetwórstwa tworzyw są rosnące wymagania jakościowe. Coraz więcej odbiorców końcowych (również poza branżą Automotive) wymaga 100% kontroli jakościowej dostarczanych produktów. Oko i ręka ludzkie są podatne na zmęczenie oraz rozkojarzenie czynnikami zewnętrznymi. Wiele zakładów produkcyjnych wskazuje, że to właśnie czynnik ludzki jest odpowiedzialny za ponad połowę zgłoszeń reklamacyjnych.

Automatyzując procesy kontroli wyrobów mamy możliwość wyeliminowania czynnika ludzkiego oraz szybkiego i precyzyjnego ustawienia wartości badanych parametrów jakościowych. W zależności od wymagań odbiorcy końcowego do inspekcji produktów wykorzystuje ​się zestawy odpowiednio dobranych specjalistycznych czujników, wagi, testery szczelności, testery przewodzenia lub systemy wizyjne. Dzięki dodatkowym urządzeniom zainstalowanym obok wtryskarki, możemy od razu po ich odbiorze z formy weryfikować parametry takie jak: waga, wymiary, rozstaw otworów, obecność podlań, wykrywanie niedolewów, barwa, obecność insertów lub innych detali, grubość pozostałości po odcięciu wlewka itd.

Zastosowanie programowalnych systemów wizyjnych daje możliwość kontroli nawet bardzo złożonych warunków jakościowych oraz łączenia ich w reguły logiczne. Dzięki szybkim układom mikroprocesorowym nawet bardzo rozbudowana inspekcja odbywa się w ułamku sekundy, a większość czasu w tym procesie zajmuje przejazd robota z detalem na kolejne pozycje w których wykonywane są zdjęcia. Po zakończonej inspekcji, bardzo często wymaganiem odbiorcy jest odpowiednie oznakowanie detalu datą, godziną, numerem partii, kodem kreskowym, kodem QR lub innym oznaczeniem zapewniającym wymaganą identyfikowalność.

Do znakowania, w zależności od wymagań oraz budżetu wykorzystuje się najczęściej drukarki atramentowe, lasery znakujące, etykieciarki lub znakowanie mechaniczne. Urządzenia do inspekcji oraz znakowania najczęściej są wykorzystywane w bardziej wymagających aplikacjach, gdzie poza samym wtryskiem występują dodatkowe procesy, których to parametry są poddawane kontroli.

Pierwszy robot w zakładzie - od czego zacząć?

Robotyzacja procesu produkcji wtryskowej to duża zmiana, szczególnie dla zakładów, które nie miały wcześniej doświadczeń z robotami przemysłowymi. Nie dziwi zatem, że osobom zarządzającym produkcją towarzyszą obawy związane z wdrożeniem aplikacji zrobotyzowanych. Zdecydowanie najczęściej wskazywanym czynnikiem ryzyka jest tutaj brak doświadczenia obecnej kadry w zakresie programowania robotów oraz utrzymania ruchu stanowisk zautomatyzowanych. Istotnie, brak odpowiednio przeszkolonych osób obsługujących stacje z robotami może skutkować zwiększoną liczbą zatrzymań, a w skrajnych przypadkach uszkodzeniami maszyn i narzędzi. Faktem jest, że programowanie robotów 6-osiowych jest bardziej złożone niż w przypadku jednostek kartezjańskich, jednak większość producentów robotów oraz integratorów zapewnia niezbędne szkolenia i odpowiednie wsparcie techniczne.

Planując rozpoczęcie robotyzacji zakładu, warto zweryfikować posiadane kompetencje i w razie potrzeby zaplanować z wyprzedzeniem czas oraz środki na przeszkolenie pracowników niezbędnych do codziennej obsługi procesów. Szkolenia personelu zwiększają początkowy koszt inwestycji, jednak są kluczowe i nie powinny być pomijane. Bardzo często, przy zakupie pierwszego robota integratorzy oferują w cenie stanowiska szkolenia operatorskie oraz programistyczne – warto zapytać o taką możliwość. Bardzo istotny jest również rodzaj aplikacji, którą planujemy zrobotyzować. Czynniki ekonomiczne najczęściej przemawiają za złożonymi procesami o dużych wolumenach produkcji. Warto jednak wziąć również pod uwagę doświadczenie i kompetencje wewnętrzne oraz te posiadane przez wybranego integratora.

Dobrym rozwiązaniem jest wdrożenie pierwszego projektu, który charakteryzuje się niższym poziomem skomplikowania i umożliwi pracownikom zapoznanie się z pracą i obsługą samego robota przemysłowego. Pomimo pewnego ryzyka, robotyzacja daje możliwość przeniesienia produkcji na wyższy, nieosiągalny wcześniej poziom. Nie bez powodu, tak wiele firm coraz odważniej inwestuję w robotyzację. Statystyki pokazują, że większość polskich firm która w danym roku zainstalowała pierwszego robota 6-osiowego, w roku kolejnym rozpoczyna wdrożenie kolejnych 2-3 robotów na innych maszynach.

Źródło: Dentec Robotics Sp. z o.o.