Wstęp
„Podstawą działalności Mechatronic jest projektowanie i budowa maszyn dla lakierni przemysłowych” – mówi założyciel firmy Mechatronic, Luigi Volonte. “Niektóre z maszyn wytwarzamy w dużych ilościach, ale naszą specjalnością są zastosowania spersonalizowane, od jednej do 50 maszyn rocznie. Dlatego naszym głównym atutem jest możliwość dostosowania produktów do indywidualnych potrzeb klientów”.Mechatronikę określa się jako dziedzinę automatyki badającą interakcje pomiędzy trzema dyscyplinami: mechaniką, elektroniką i informatyką. Jest przydatna w obszarze automatyzacji procesów produkcyjnych i zoptymalizowaniu pracy wykonywanej przez człowieka.
Mechatronic S.r.l. to firma zajmująca się automatyzacją przemysłu, z siedzibą w Castello di Brianza, w prowincji Lecco we Włoszech. Firma posiada ponad 20 lat doświadczenia w pracy z klientami z wielu branż, zapewniając rozwiązania w różnych obszarach, w tym w obszarze automatyki domowej, robotyki oraz sterowania procesami.
Jednym z klientów Mechatronic jest globalny lider w sektorze lakierowania przemysłowego, którego Mechatronic zaopatruje w zindywidualizowane maszyny zaprojektowane specjalnie pod kątem konkretnych wymagań. Następnie klient ten odsprzedaje te maszyny swoim klientom.
Branża ta jest wysoce konkurencyjna, więc w celu utrzymania 20-letniej relacji z tak ważnym klientem Mechatronic stale wykorzystuje najnowszą technologię dla zapewnienia innowacyjnych rozwiązań.
- Branża
Urządzenia przemysłowe - Sektor
Urządzenia przemysłowe - Cel
Wykorzystanie druku 3D w procesie tworzenia prototypów i końcowych części produkcyjnych dla przemysłowych maszyn lakierniczych. - Zadanie
Ocena technologii HP Multi Jet Fusion w celu określenia, czy jej właściwości mechaniczne mogą spełnić wymagania jakościowe Mechatronic. Ponadto, porównanie szybkości i kosztu z innymi metodami produkcji i ewentualne wdrożenie technologii druku HP 3D do procesu prototypowania i produkcji części do użytku końcowego. - Technologia | Rozwiązanie
Technologia HP Multi Jet Fusion, rozwiązania do druku 3D HP Jet Fusion - Materiał
HP 3D HR PA 12
Wyzwanie
„Nasi klienci są bardzo wymagający” – mówi Volonte. „Gdybyśmy nie mogli spełnić ich norm i wymagań, na nasze miejsce zgłosiłoby się wiele innych firm.”
Produkcja wysoce zindywidualizowanych urządzeń przemysłowych w małych partiach może być trudna, gdyż wiele tradycyjnych technik produkcyjnych nie zapewnia odpowiedniej wydajności kosztowej. Jednym z elementów produkowanych przez Mechatronic jest dotykowy panel sterowania. Kołnierz otaczający panel pierwotnie wykonywano z metalu metodą obróbki CNC, modyfikowano ręcznie i montowano z użyciem śrub. Ostatecznie klienci Mechatronic okazali się niezadowoleni z jego wyglądu.
W innym przypadku wyzwania były bardziej funkcjonalne. Mechatronic wytwarza przykładowo jedyną na świecie przemysłową maszynę lakierniczą, która automatycznie przesiewa farbę w proszku i czyści koszyk, w którym przechowywany jest proszek. Do niedawna metalowa obudowa wyposażona była w trzy nogi z gumowymi buforami oraz wirnik wykonany z tworzywa. Część ta była nie tylko droga w produkcji i instalacji, ale też podatna na awarie. Jeśli jedna z metalowych śrub łączących elementy uległaby poluzowaniu, spowodowałoby to uszkodzenie pozostałych śrub i usterkę całej konstrukcji.
Jeszcze w innym przypadku, maszyna lakiernicza Mechatronic wyposażona była w urządzenie automatycznie czyszczące kosz na farbę w proszku oraz usuwające pozostałości proszku po wykonaniu poprzedniego zadania.
Budowa i rozmiar otworu są bardzo ważne, gdyż decydują one o rotacji urządzenia, a rozmieszczenie otworów warunkuje skuteczność oczyszczania kosza, konstrukcji sita, oraz samego sita.
W obliczu wielu problemów z częściami produkowanymi metodą CNC, firma Mechatronic zdała sobie sprawę, że:
- Niemożliwe było wykonanie wszystkich otworów, jakich wymagała dana część.
- Ponieważ metalowe rury miały taką samą średnicę w całym urządzeniu, otwory położone z dala od dyszy wlotowej otrzymywały mniej powietrza niż znajdujące się bliżej tej dyszy, przez co czyszczenie było częściowo zaburzone.
- Równowaga urządzenia była zakłócona, a rotacja nie była perfekcyjna.
- Koszt produkcji metodą CNC był zaporowy, gdyż każdy otwór trzeba było zaprogramować w maszynie osobno.
- Do wytworzenia i montażu części koniecznych było dwóch dostawców.
- Jakość nie była do końca zadowalająca, gdyż niektóre otwory zamykały się podczas montażu za pomocą spawania.
Rozwiązanie
Od trzech lat eksperymentowaliśmy z drukiem 3D i zbudowaliśmy dla naszych klientów systemy ekstrudowania” – mówi Volonte. „W krótkim czasie byliśmy w stanie wytworzyć prototypy zoptymalizowane pod kątem HP Multi Jet Fusion, a następnie wyprodukować części końcowe z wykorzystaniem tej samej technologii”.
Porównawszy technologię druku 3D HP Multi Jet Fusion z elementami obrabianymi za pomocą CNC, inżynierowie Mechatronic stwierdzili, że jakość była równorzędna lub lepsza, a swoboda projektowania możliwa dzięki technologii druku HP 3D umożliwiła praktycznie dorównanie właściwościom mechanicznym elementów metalowych obrabianych technologią CNC.
„Jeśli chodzi o metalowe elementy obrabiane CNC, stwierdziliśmy, że im bardziej skomplikowana geometria, tym wyższy koszt części” – mówi Volonte. „Dlatego zazwyczaj pracowaliśmy z prostymi, nieoptymalnymi geometriami, które były wystarczające dla danego zadania. Dzięki HP Multi Jet Fusion po prostu nie musimy iść na kompromis w kwestii jakości”:
Na początku roku 2018 firma Mechatronic zakupiła przemysłową drukarkę 3D HP Jet Fusion 4200. Jednym z pierwszych zastosowań była produkcja kołnierza ekranu dotykowego, który można było wydrukować dla 7- i 9-calowych ekranów dotykowych.
Firma Mechatronic mogła też całkowicie przeprojektować konstrukcję, wykonując ją niemal całkowicie z tworzywa – metalowe są tylko łożyska kulowe redukujące tarcie podczas obrotu wirnika. Nowa konstrukcja sita wyposażona jest w spiralne nóżki, które lepiej podtrzymują wagę sita i pochłaniają wibracje. Ułatwia to proces czyszczenia, a niższa waga umożliwia zastosowanie niższego ciśnienia powietrza, co przekłada się na zmniejszenie kosztów energii.
Nowy projekt urządzenia Mechatronic do czyszczenia w przypadku zastosowania farby w proszku został wyprodukowany z zastosowaniem materiału HP 3D HR PA 12 oraz technologii HP Multi Jet Fusion. Zapewnia on szereg korzyści, w tym:
- Barycentrum idealnie wyrównane z osią rotacji, co zapobiega utracie równowagi podczas pracy.
- Konstrukcja wewnętrzna szersza na górze i węższa na dole, dla zapewnienia jednolitej dystrybucji przepływu powietrza.
- Dodatkowy otwór pod dyszą wlotową do czyszczenia sita, co wcześniej było niemożliwe.
- Mniejsza masa, co w połączeniu z idealną równowagą w osi rotacji zmniejsza ilość wymaganej energii..
Wynik
„Bazujemy na naszych nowych sukcesach i wykorzystujemy je” – mówi Volonte. „Teraz próbujemy zrozumieć, czy nowy element można produkować z zastosowaniem druku 3D na bardzo wczesnym etapie powstawania produktu. Im wcześniej tym lepiej, gdyż pozwala to uniknąć przeróbek i przeprojektowania na końcu procesu. Przyznaję, że moi projektanci są tak entuzjastycznie nastawieni, że mam odwrotny problem: teraz muszę powstrzymywać ich przed przenoszeniem wszystkiego do drukarki HP Jet Fusion 4200!”.
Właściwości estetyczne przedmiotów wyprodukowanych w technologii HP Multi Jet Fusion umożliwiają Mechatronic tworzenie małych partii produkcyjnych bez kompromisów. W przypadku kołnierza ekranu dotykowego, wpłynęło to na poprawę wyglądu urządzenia, co ostatecznie zwiększyło zadowolenie klienta.
Wytrzymałość i inne właściwości mechaniczne HP Multi Jet Fusion umożliwiły też Mechatronic zastąpienie pewnych kluczowych, metalowych elementów elementami wykonanymi z tworzywa. W przeszłości konstrukcja sita była ciężka, niewydajna i podatna na usterki.
Dzięki technologii druku 3D firmy HP, zespół Mechatronic był w stanie wyprodukować element lżejszy i bardziej wydajny. Ponadto, wyprodukowane urządzenie jest tańsze, gdyż koszt tradycyjnych technologii wynoszący 150 euro spadł do 50 euro dzięki procesowi druku HP.
Na koniec, swoboda projektowania, jaką zapewnia druk 3D umożliwia Mechatronic tworzenie części, które działają lepiej i wydajniej. Nowe urządzenie do czyszczenia instalacji stosującej farbę w proszku jest lepiej zbalansowane i sprawniej rozprowadza sprężone powietrze. Ponadto, element można wytworzyć w jeden dzień, gdzie wykonanie go z metalu zabierało kilka tygodni.
Dla producentów urządzeń przemysłowych technologia HP Multi Jet Fusion 3D może potencjalnie zwiększyć tempo wprowadzania innowacji, jednocześnie pozwalając im poprawić ogólną jakość produktów. Umożliwia także bardziej ekonomiczne wytwarzanie małych partii produktu. Dla Mechatronic to połączenie zapewnia przewagę konkurencyjną, jaką posiada niewiele innych firm w tej branży.
Przedsiębiorstwa zainteresowane przetestowaniem lub zakupem technologii druku 3D HP Multi Jet Fusion zachęcamy do kontaktu z firmą Integart Sp. z o.o.
