A empresa suíça Wild & Küpfer AG, especializada em plásticos, monta PCBs de motor com recurso a uma célula robotizada flexível

Tarefa: Criar uma nova linha de montagem de PCBs de motor. Para esta tarefa seriam necessários robôs que efetuassem o manuseamento de tabuleiros, o posicionamento e orientação de peças e, ainda, a inspeção do conjunto de montagem finalizado.

Solução: A solução disponibilizada pela Robotec Solutions, sedeada na Suíça, requeria três robôs de manuseamento LR Mate 200iD de braço longo, com 7 kg de capacidade de carga útil. O sistema FANUC iRVision permite ao primeiro robô remover as bases de transporte do motor das caixas e colocá-las num porta-ferramentas de peças de trabalho. Em seguida, um segundo LR Mate equipado com o sistema iRVision coloca as PCBs de motor nas bases de transporte. Após a rebitagem a quente, um terceiro robô valida e coloca o conjunto de montagem finalizado numa unidade de transporte.  

Resultado: A solução demonstra como é possível combinar normas básicas numa única célula flexível. No âmbito do processo, é realizado o controlo de qualidade e a verificação de integralidade com tempos de ciclo mais reduzidos. Para flexibilidade máxima, também é possível proceder a alterações na configuração em apenas alguns minutos.

Engenharia mecânica compatível com o sistema de visão

 

A automação dos processos é essencial para os fabricantes contratados

 

Na Wild & Küpfer AG, a produção de peças de plástico complexas está intimamente ligada à automação. Os robôs FANUC de seis eixos também são uma mais-valia, nomeadamente pela sua fiabilidade e "boa relação custo-benefício", como referido.

 

O que, no ano de 1975, começou nas instalações inoperacionais de uma pocilga, em Glarnerlang, com o fundador da empresa Tobias Wild, veio a transformar-se numa empresa tecnológica de elevada procura em toda a Europa. A Wild & Küpfer AG surge atualmente como uma empresa moderna e extremamente inovadora. No âmbito dos pareceres que me cabem elaborar, raramente encontro instalações de produção cuja limpeza e organização estejam ao nível da W&K.

 

A Wild & Küpfer AG é um fabricante de peças em plástico de alta qualidade, do ponto de vista técnico, e emprega atualmente 140 pessoas.  A maior parte da área de produção com 23.000 m² é dedicada ao Departamento Técnico. Relativamente mais pequeno, embora de ponta, o Departamento Médico é o segundo departamento da empresa. Neste departamento, os funcionários ainda trabalham de acordo com as condições "Sala Limpa Classe 8". Muito em breve, a classificação será melhorada para "Classe 7". Daniel Hartmann, gestor de projetos e responsável pelo departamento de automação na Wild & Küpfer AG: "Continuamos a expandir gradualmente este departamento. Além disso, existem boas perspetivas de conseguirmos implementar vários projetos de automação nos próximos anos e prosseguiremos com a implementação da Indústria 4.0 (a expressão alemã do momento para a Internet das Coisas)." O processamento do plástico, a este elevado nível, baseia-se em processos bem delineados desde o desenvolvimento, passando pela construção e produção, até à montagem e oferece uma garantia de qualidade sistemática, orientada para os processos. Inovação mais recente: investimento num tomógrafo computorizado utilizado na Wild & Küpfer AG para medição de peças e conjuntos de montagem de moldagem por injeção. Este dispositivo é utilizado na medição e análise de imperfeições dos conjuntos de montagem. Hartmann: "Permite-nos também visualizar detalhes que até agora não era possível medir nem aceder." De igual modo, o departamento de fabrico de ferramentas, um dos pilares da empresa, conta com equipamento de elevado desempenho. Exemplo disso é a utilização da tecnologia LaserCUSING. Como neste processo, o pó metálico é depositado camada a camada, os canais de refrigeração podem ser fabricados em ferramentas que não poderiam ser produzidas através dos métodos tradicionais.

 

Quando Hartmann chegou a Schmerikon e integrou a empresa, em 2004, a automação robótica ainda estava a dar os primeiros passos. Além disso, embora os volumes unitários dos projetos iniciais ficassem apenas ligeiramente acima do limite de previsto, os proprietários Wild e Küpfer viram surgir uma oportunidade valiosa: "Os clientes valorizaram a obtenção de qualidade oferecida pela automação." Na verdade, durante uma visita pela fábrica não pensamos na possibilidade de uma "segunda carreira" para um robô. Quando a produção e montagem de um produto inicial fosse automatizada, já o mesmo se encontraria no mercado há oito anos. Estado atual: o cliente prevê mais uma década de tempo de produção. No entanto, até uma célula deste tipo está sujeita a modificações. Para aumentar os volumes unitários, foram integrados robôs adicionais. Hoje em dia, os robôs fazem naturalmente parte do cenário das bem iluminadas instalações de produção.

 

Neste contexto, a empresa procura utilizar componentes normalizados, como os robôs, sempre que possível, como confirma Daniel Hartmann: "A normalização facilita a manutenção do equipamento, mantendo o custo reduzido das peças sobresselentes. Além disso, é possível manter uma elevada disponibilidade, graças à interpermutabilidade dos elementos ou dos conjuntos de montagem do sistema, conforme necessário." É ainda de referir um terceiro motivo que considera relevante: "Do meu ponto de vista, a normalização promove uma convergência para determinados produtos/equipamentos e, deste modo, incentiva o estabelecimento de parcerias com os fornecedores." No entanto, tal não inviabiliza a competitividade exigida aos fornecedores. Os princípios da empresa também incluem manter ativamente duas origens de compra ou de fornecimento para cada produto, de modo a manter a competitividade no mercado. Tudo decorre, porém, num clima de parceria.

 

Um novo impulso na automação

 

A Wild & Küpfer AG colocou em funcionamento uma nova linha de montagem de PCBs de motor. O módulo a montar integra um sistema de acionamento de sistemas de ventilação no domínio da tecnologia de construção, pelo que existem diversas variantes divergentes, não só em termos de especificações técnicas, como também no que diz respeito às respetivas dimensões externas. Tal como sucedeu com várias linhas de montagem anteriores, a implementação fica a cargo da Robotec Solutions, sedeada em Seon, na Suíça.

 

"Existem células mais complexas em termos de rotinas", afirma Daniel Hartmann.  No entanto, a célula da Robotec é exemplo da possibilidade de combinação de normas básicas numa única célula flexível. O nível de complexidade na célula não é muito elevado, uma vez que "apenas" é efetuada a união de dois elementos. As peças resultantes da moldagem por injeção são disponibilizadas em caixas. Os elementos fornecidos são apresentados em tabuleiros e a montagem ocorre numa mesa de indexação rotativa com várias estações.

No entanto, os profissionais, facilmente serão cativados por determinados detalhes. Por exemplo, o primeiro robô remove as bases de transporte da caixa onde são disponibilizadas em camadas. O sistema integrado FANUC iRVision ajuda o robô a reconhecer a camada e a posição. Contudo, para permitir que a base de transporte seja sempre posicionada com exatidão num porta-ferramentas de peças de trabalho na mesa de indexação rotativa, o sistema utiliza um equipamento mecânico de centralização. A PCB aí colocada desliza para a respetiva posição definida e orientada, na qual é, uma vez mais, recolhida pelo robô. É um processo simples, mas eficaz. Um segundo LR Mate equipado com o sistema de visão posiciona os motores colocados nos tabuleiros sobre os elementos da base de transporte. É aplicada a "rebitagem a quente" a ambos os componentes e numa estação seguinte da mesa de indexação rotativa é realizada a inspeção visual e tátil. Após esta inspeção, para validar a versão e as dimensões de instalação corretas do motor, o terceiro robô pode colocar o conjunto de montagem numa unidade de transporte. O modelo adequado a todos os três robôs é o LR Mate 200iD, na versão de braço longo e carga útil de 7 kg. Nesta versão, os robôs de seis eixos apresentam um campo de ação de 911 mm. Os três painéis de operação estão localizados na parte da frente da célula. O sistema é operado a nível central através de um ecrã tátil GE, integrado num controlador de célula topo de gama.

 

Tecnologia de sensor no controlo de qualidade

 

A qualidade e integralidade do conjunto de montagem são inspecionadas de imediato na célula da Robotec. A inspeção é realizada em conformidade com o princípio: simplicidade e segurança máximas. Consoante a tarefa, é utilizado um sistema iRVision, um sensor ótico Keyence ou uma sonda básica.

 

Atualmente estão a ser produzidas três variantes diferentes dos conjuntos de montagem no sistema. É possível efetuar alterações num instante, como confirma Daniel Hartmann: "O programa pode ser alterado em apenas alguns minutos. As bases de transporte de peças de trabalho também estavam equipadas com um sistema de alternância rápida, permitindo a comutação de tipo, de modo a proceder com eficácia." O programa pode ser otimizado, em qualquer altura, caso seja adicionado um novo tipo. Dica útil: todas as bases de transporte de peças de trabalho são armazenadas numa área que ocupa pouco espaço e, acima de tudo, útil sob a mesa rotativa. Para evitar que sejam confundidas, apresentam uma cor anodizada distinta. A empresa não arrisca durante a mudança de formato. É impresso um código de barras nos "planos de operações", ou seja, nos documentos que acompanham uma encomenda. Todas as informações necessárias são aqui armazenadas. Se o sistema estiver disponível, poderá ser iniciada a nova encomenda.

 

Atualmente, a Wild & Küpfer AG já colabora há vários anos com a Robotec Solutions. Daniel Hartmann: "A relação mútua é marcada por um elevado grau de parceria. Este é também o tipo de parceria que estabelecemos com os nossos clientes. Em Schmerikon, ganhámos uma grande experiência em automação, ao longo dos anos. Estamos a conceber e a produzir os principais elementos das fábricas internamente", afirma Hartmann. No entanto, também salienta que as competências nucleares são o fabrico de ferramentas, a moldagem por injeção e a montagem de produtos topo de gama e não a construção de linhas de montagem. Tendo em vista a geração de robôs colaborativos, o gestor de projetos tem ideias bem definidas. No que diz respeito aos volumes unitários mais pequenos, as inovadoras células com sistemas de alternância rápida estão cada vez mais no centro das atenções. Neste tipo de solução, as tarefas repetitivas e a gestão das funcionalidades dos processos ficam a cargo dos robôs. Como medida de acompanhamento, o pessoal de operação deve oferecer flexibilidade. Hartmann: "Além disso, o funcionamento em rede de robôs, células e sistemas de controlo está a tornar-se um tópico cada vez mais relevante no que diz respeito à Indústria 4.0."

Para Hartmann, com os controladores dos robôs da FANUC, o começo é o anúncio da garantia de um trabalho finalizado: "Atualmente podemos aceder à máquina através de um navegador de Internet. Este é um avanço positivo e representa um passo no sentido da produção em rede".

Tecnologia LaserCUSING

A tecnologia LaserCUSING consiste na fusão de materiais em forma de pó metálico de um componente com recurso ao laser. Este é um procedimento que permite o fabrico de elementos de ferramentas por deposição de materiais metálicos camada a camada. A espessura típica das camadas varia entre 20 e 50 µm. A estratégia de exposição complexa aplicada permite a produção isenta de falhas, inclusivamente no caso de núcleos de ferramenta de grande dimensão. Uma das vantagens desta tecnologia é o facto de, no caso de formas complexas especialmente em 3D, ser possível posicionar os canais de refrigeração de forma direcionada. É possível obter o arrefecimento ideal da ferramenta. São, portanto, criadas peças menos suscetíveis de deformações e em tempos de ciclo mais curtos.

Produtos FANUC utilizados