L'azienda tedesca specialista nella lavorazione di materiali in plastica Wild & Küpfer AG assembla circuiti stampati di motori con una cella robotizzata flessibile

Obiettivo: realizzare una nuova linea di assemblaggio per i circuiti stampati dei motori. Erano necessari robot per la manipolazione dei vassoi, il posizionamento e l'orientamento delle parti nonché l'ispezione dell'assemblaggio finale.

Soluzione: la soluzione fornita dalla divisione Robotec Solutions con sede in Svizzera prevedeva l'utilizzo di tre robot con braccio lungo per la manipolazione LR Mate 200iD con capacità di carico di 7 kg. Il sistema FANUC iRVision consente al primo robot di rimuovere gli elementi trasportatori del motore dalle scatole e di posizionarli in un contenitore di pezzi. Un secondo robot LR Mate dotato di sistema iRVision posiziona in seguito i circuiti stampati dei motori negli elementi trasportatori. Dopo la rivettatura a caldo, il terzo robot verifica l'assemblaggio finito e lo posiziona in un'unità di trasporto.  

Risultato: la soluzione adottata mostra il modo in cui standard di base possono essere combinati in una cella flessibile. Il processo comporta una riduzione dei tempi di ciclo e prevede controlli di qualità e di completezza. Per ottenere flessibilità massima, anche la configurazione può essere modificata in pochi minuti.

L'ingegneria meccanica supporta la visione

 

L'automazione dei processi è essenziale per i produttori a contratto

 

In Wild & Küpfer AG la produzione di parti sofisticate in plastica è strettamente legata all'automazione. Anche i robot FANUC a sei assi hanno contribuito ad aggiungere valore, grazie alla loro affidabilità e al buon rapporto qualità-prezzo.

 

Fondata da Tobias Wild nel 1975, l'azienda ha iniziato la propria attività in una struttura fatiscente, ma si è sviluppata fino a diventare una società tecnologica apprezzata in tutta Europa. Oggi Wild & Küpfer AG si presenta come un'azienda moderna ed estremamente innovativa. Raramente, nella conduzione di un'indagine, ho visto locali di fabbrica così puliti ed efficienti come in W&K.

 

Wild & Küpfer AG è produttore di parti in plastica di qualità elevata e oggi ha 140 dipendenti.  L'area di produzione di 23.000 m² è dedicata soprattutto alla divisione tecnica. Di dimensioni minori, ma comunque all'avanguardia, è la seconda divisione aziendale, ovvero la divisione medica. Qui i dipendenti attualmente lavorano ancora in condizioni di camera bianca di classe ISO 8, anche se nel prossimo futuro la classificazione per la divisione medica verrà aumentata a classe ISO 7. Daniel Hartmann, responsabile di progetto e direttore dell'automazione in Wild & Küpfer AG: "La divisione è in espansione graduale, ma continua. E le prospettive prevedono che saremo in grado di implementare diversi progetti di automazione nei prossimi anni per essere pronti all'implementazione di Industry 4.0 (la parola in voga in Germania per il concetto di Internet delle cose)". La lavorazione della plastica a un livello così alto si basa su processi concepiti in modo ottimale in tutte le fasi, dallo sviluppo alla costruzione e alla produzione fino alla fase di assemblaggio, e prevede controlli di garanzia di qualità orientati al processo. L'innovazione più recente è rappresentata dall'investimento in uno scanner TC utilizzato in Wild & Küpfer AG per la misurazione della parti e degli assemblaggi stampati. Oltre alla misurazione, il dispositivo consente anche di eseguire l'analisi dei difetti degli assemblaggi. Hartmann: "Il dispositivo ci consente anche di visualizzare dettagli finora non misurabili né accessibili. In modo analogo, il reparto di progettazione degli utensili, una delle colonne portanti dell'azienda, si basa su un'attrezzatura con prestazioni elevate. Un esempio è dato dall'utilizzo della tecnica di LaserCUSING. Poiché le polveri metalliche sono utilizzate strato per strato in questa procedura, i condotti di raffreddamento possono essere realizzati con utensili che non potrebbero essere prodotti con i metodi tradizionali.

 

Quando Hartmann è arrivato a Schmerikon ed è entrato a far parte dell'azienda nel 2004, l'automazione robotica era ancora nelle fasi iniziali. E sebbene i volumi unitari per i primi progetti fossero solo di poco oltre il limite di calcolo, i proprietari Wild and Küpfer intravidero un valore inestimabile a questo tipo di approccio: "I clienti hanno premiato la qualità ottenuta grazie all'automazione". Nessuno in realtà pensa due volte a una seconda carriera di un robot visto durante il tour dello stabilimento. Quando la produzione e l'assemblaggio di un prodotto iniziale erano stati automatizzati, il robot era sul mercato già da otto anni. Lo stato corrente vede il cliente in anticipo di altri dieci anni rispetto ai tempi di produzione. Tuttavia, anche una cella come quella indicata è soggetta a modifiche. Per aumentare i volumi unitari, sono stati integrati robot aggiuntivi e oggi i robot rappresentano una visione assolutamente normale nelle luminose strutture di produzione.

 

In questo ambito, l'azienda tenta di utilizzare, ove possibile, componenti standardizzati come i robot, come conferma Daniel Hartmann: "La standardizzazione consente di gestire le attrezzature mantenendo bassi i costi delle parti di ricambio. È possibile inoltre mantenere un elevato grado di disponibilità perché siamo in grado di sostituire elementi del sistemi o assemblaggi a seconda delle esigenze". È importante anche un terzo motivo: "Dal mio punto di vista, la standardizzazione promuove l'interesse verso determinati prodotti/attrezzature e di conseguenza favorisce una collaborazione con i fornitori". A questi ultimi è tuttavia richiesto di essere competitivi poiché i principi dell'azienda, affinché la concorrenza sia orientata al mercato, includono anche una gestione attiva di due origini di acquisto o fornitura per ogni prodotto, sebbene questo approccio sia comunque dettato da spirito di collaborazione.

 

Innovazione nell'automazione

 

Per l'assemblaggio dei circuiti stampati dei motori, Wild & Küpfer AG rende operativa una nuova linea di assemblaggio. Il modulo da assemblare fa parte di un'unità per sistemi di ventilazione propri della tecnologia di costruzione, sebbene siano presenti numerose varianti che differiscono in termini non solo delle relative specifiche tecniche, ma anche delle dimensioni esterne. Come numerose linee di assemblaggio precedenti, anche questa linea è implementata da Robotec Solutions con sede a Seon, Svizzera.

 

"Sono presenti celle più sofisticate in termini di routine", afferma Daniel Hartmann. La cella Robotec rappresenta un esempio, tuttavia, del modo in cui standard di base possono essere combinati in una cella flessibile. Il livello di complessità della cella non è molto elevato, perché "solo" due elementi sono combinati insieme. Le parti stampate a iniezione vengono consegnate in scatole, mentre gli elementi di fornitura vengono presentati su vassoi e l'assemblaggio viene eseguito su una tavola di indicizzazione rotante con diverse stazioni.

I professionisti, tuttavia, saranno facilmente attirati da determinati dettagli. Il primo robot ad esempio rimuove gli elementi trasportatori dalla scatola in cui sono stati depositati in strati e il sistema FANUC iRVision integrato consente al robot di riconoscere lo strato e la posizione. Per fare in modo che l'elemento trasportatore venga sempre posizionato in un contenitore di pezzi sulla tavola indicizzata rotante, tuttavia, il sistema utilizza un dispositivo centrale meccanico. Un circuito stampato posizionato in quel punto scorre in modo guidato nella posizione definita, da cui viene nuovamente prelevato dal robot. La modalità è semplice, ma efficiente. Un secondo robot LR Mate con sistema di visione colloca i motori posizionati in vassoi sugli elementi trasportatori. Entrambi i componenti vengono sottoposti a rivettatura a caldo contemporaneamente e a una stazione successiva della tavola indicizzata subiscono un'ispezione visiva e tattile. Dopo tale ispezione, eseguita per verificare la versione del motore corretta e le dimensioni di installazione, il terzo robot può posizionare l'assemblaggio in un'unità di trasporto. Il modello di tutti i tre robot è LR Mate 200iD nella versione con braccio lungo e capacità di carico di 7 kg. In questa versione il robot a sei assi dispone di uno spazio di lavoro di 911 mm. I tre pannelli operativi sono situati nella parte anteriore della cella. Il sistema è comandato centralmente tramite l'interfaccia GE con modalità touchscreen, in un controllore della cella di massimo livello.

 

Sensori per il controllo di qualità

 

Qualità e completezza di assemblaggio vengono immediatamente ispezionate nella cella Robotec. L'ispezione viene eseguita in modo da garantire la massima semplicità e la massima sicurezza possibili. A seconda dell'attività, viene utilizzato un sistema iRVision, un sensore ottico Keyence o una sonda di base.

 

Attualmente, il sistema produce tre diverse varianti di assemblaggio. Il cambio viene eseguito molto rapidamente, come conferma Daniel Hartmann: "Il programma può essere cambiato in pochi minuti. Gli elementi trasportatori dei pezzi sono stati anche dotati di un sistema di cambio rapido, consentendo il passaggio a un altro tipo per procedere in modo efficiente". Il programma inoltre può essere migliorato in qualsiasi momento, qualora venga aggiunto un tipo diverso. Un altro dettaglio utile è rappresentato dal fatto che tutti gli elementi trasportatori dei pezzi sono contenuti in un'area a ingombro ridotto e particolarmente comoda situata sotto la tavola rotante. Per evitare che vengano mischiati, i pezzi sono contraddistinti da un colore anodizzato. Durante un cambio di formato, l'azienda non corre alcun rischio. Sui piani operativi, ovvero i documenti di accompagnamento di un ordine, è stampato un codice a barre in cui sono memorizzate tutte le informazioni necessarie. Se il sistema è vuoto, il nuovo ordine può essere avviato.

 

Wild & Küpfer AG collabora con Robotec Solutions da diversi anni. Daniel Hartmann: "La relazione reciproca è contraddistinta da un alto grado di collaborazione. Si tratta del tipo di relazione che intratteniamo anche con i nostri clienti. Nel corso degli anni, a Schmerikon abbiamo sviluppato una notevole esperienza. Elementi importanti degli impianti sono parzialmente progettati e prodotti internamente da noi stessi", dichiara Hartmann. Hartmann sottolinea ancora che le competenze principali sono la progettazione degli utensili, la tecnologia di stampaggio a iniezione e l'assemblaggio di prodotti di fascia alta, non la costruzione di linee di assemblaggio. Con uno sguardo verso la generazione di robot collaborativi, il responsabile di progetto ha le idee molto chiare. Per volumi di unità minori, l'interesse si sposta sempre più su celle innovative con sistemi di cambio rapido. In soluzioni come queste, i robot sono destinati all'esecuzione di attività ripetitive e alla gestione di funzionalità di lavorazione, mentre al personale operativo viene richiesta massima flessibilità. Hartmann: "L'utilizzo in rete di robot, celle e sistemi di controllo sta diventando inoltre un argomento sempre più rilevante nell'ambito del concetto Industry 4.0".

Vede la fase iniziale già completata nei controllori dei robot FANUC: "Ora siamo in grado di accedere alla macchina tramite un browser Web. Si tratta di uno sviluppo positivo e di un passo verso la produzione in rete".

Tecnologia LaserCUSING

La tecnologia LaserCUSING si basa sulla lavorazione di polveri metalliche fuse a componente unico tramite un laser. Questa procedura consente la realizzazione di elementi di utensili uno strato alla volta, a seconda dei materiali metallici. Lo spessore tipico dello strato è compreso tra 20 e 50 µm. Una sofisticata strategia di esposizione consente la generazione anche di anime utensili di grandi dimensioni. Uno dei vantaggi di questa tecnologia è rappresentato dal fatto che per le forme complesse, soprattutto in ambito 3D, i condotti di raffreddamento possono essere disposti in modo mirato. L'utensile può essere raffreddato in modo ottimale ed è possibile pertanto creare parti meno inclini alla deformazione e con tempi di ciclo ridotti.

Prodotti FANUC utilizzati