Mașini de tipar optimizate prin imprimare 3D: aplicații robotizate și piese de schimb la HEIDELBERG

Heidelberger Druckmaschinen AG este lider mondial în producția de mașini de tipar offset, activând în peste 170 de țări și având aproape 10.000 de angajați la nivel global. Compania produce o gamă variată de echipamente și soluții de automatizare pentru întregul lanț valoric al industriei tipografice: de la unele dintre cele mai mari și mai rapide mașini de tipar de ultimă generație până la mașini de tăiat și de fălțuit.

 

În urmă cu aproximativ șase ani, HEIDELBERG a adăugat o nouă dimensiune fluxurilor sale de lucru: imprimarea 3D. Inițial, compania a introdus această tehnologie pentru a optimiza procesele de prototipare și dezvoltare a produselor, reducând costurile și timpul de producție. În prezent, HEIDELBERG utilizează însă piese imprimate 3D inclusiv în producția de serie, realizând anual mii de componente pentru aproximativ 15 aplicații diferite.

 

În continuare, puteți afla cum piesele realizate prin imprimare 3D SLS – sinterizare selectivă cu laser permit dezvoltarea unor aplicații robotizate ușoare și pot înlocui chiar și componente din oțel utilizate în mașinile de fălțuit.

Accelerarea procesului de dezvoltare a produselor

„HEIDELBERG apelează la noi pentru proiecte care implică dezvoltări noi, în special pentru realizarea unor componente și ansambluri care depășesc posibilitățile metodelor convenționale de producție”, a declarat Joachim Krumma.

 

După 15 ani de activitate la HEIDELBERG în domeniul dezvoltării de produse și aplicații, Krumma conduce în prezent CTS-3 GmbH, o companie de consultanță tehnologică specializată în fabricația aditivă. Echipa CTS-3 colaborează îndeaproape cu departamentul de cercetare și dezvoltare al HEIDELBERG, oferind asistență atât în dezvoltarea produselor, cât și în transferul noilor aplicații către producția de serie.

 

O parte din acest proces de dezvoltare are loc direct în mediul de producție, unde produsele HEIDELBERG pot fi testate și perfecționate pe baza feedbackului în timp real oferit de utilizatorii finali.

„Meinders & Elstermann este o companie importantă de tipar offset din Belm. Tipărim anual aproximativ 100–120 de milioane de coli de hârtie. În tipografie avem patru mașini de tipar HEIDELBERG, iar în departamentul de finisare utilizăm șapte mașini de fălțuit. Echipamentele pe care HEIDELBERG intenționează să le lanseze pe piață sunt testate de noi și dezvoltate în mod continuu în unitatea noastră”, a declarat Klaus Harig, șeful Departamentului de prelucrare din cadrul Meinders & Elstermann GmbH & Co. KG.

 

Piesele imprimate 3D sunt utilizate într-o gamă largă de aplicații: componente ușoare pentru roboți de tip „pick-and-place”, componente noi pentru mașinile de fălțuit și piese de schimb pentru componente care anterior erau fabricate din oțel.

 

Pentru realizarea acestora, echipa utilizează o imprimantă 3D SLS din seria Fuse și materialul Nylon 12 Powder pentru piesele rigide, respectiv TPU 90A Powder pentru componentele flexibile.

„Pentru noi, cel mai important avantaj al imprimării 3D este viteza. Putem răspunde foarte rapid cerințelor clienților, care se schimbă permanent. Avem posibilitatea de a dezvolta și produce piese noi în una sau două zile, în timp ce, în trecut, acest proces putea dura chiar și câteva săptămâni. De aceea, imprimarea 3D este soluția ideală pentru noi.” – Joachim Krumma, membru al conducerii CTS-3 GmbH

 

Pe lângă reducerea timpilor de producție, economiile de costuri sunt, de asemenea, considerabile. Acest lucru este valabil în special în domeniul prototipării, dar și în producția de serie a pieselor personalizate sau fabricate în volume reduse pentru utilizare finală.

„Atunci când producem astfel de piese, costurile sunt adesea de 10 sau chiar de 20 de ori mai mici în comparație cu producția convențională”, a explicat Krumma.

Componente ușoare pentru aplicații robotizate

Echipamentul care include cele mai multe componente imprimate 3D este P-Stacker, un sistem robotizat ultramodern de tip „pick-and-place”. Acesta preia fasciculele de coli pliate de la mașina de fălțuit și le poziționează pe paleți.

„Robotul poate stivui pachetele pe paleți până la o înălțime de un metru. În funcție de viteza de funcționare, poate manipula până la 18.000 de coli pe oră. Înainte de introducerea sistemului P-Stacker, o persoană trebuia să mute zilnic între patru și șase tone de pachete pe paleți”, a explicat Harig.

 

Multe dintre piesele imprimate 3D utilizate în acest robot au geometrii extrem de complexe și îndeplinesc simultan mai multe funcții. Printre acestea se numără articulații cardanice și suporturi responsabile de mișcarea și blocarea axelor, aspirația pneumatică, integrarea senzorilor și asigurarea proprietăților de alunecare.

 

„Greutatea joacă un rol esențial, în special în aplicațiile robotizate. Cu cât masa este mai mare, cu atât piesele sunt supuse unor solicitări mecanice mai intense, ceea ce influențează rezistența lor la oboseală. De asemenea, sistemul are o densitate foarte mare de componente, ceea ce înseamnă că rămâne foarte puțin spațiu disponibil pentru ansambluri și piese voluminoase”, a declarat Krumma.

Din acest motiv, componentele au adesea structuri foarte complexe și amorfe, dezvoltate special pentru fiecare aplicație, în funcție de solicitările și forțele la care sunt supuse. Aceste forțe pot fi foarte ridicate, deoarece piesele sunt utilizate în mod continuu.

Componentele imprimate 3D sunt frecvent combinate cu alte elemente, precum rulmenți metalici sau componente acoperite cu teflon, care oferă proprietăți antifricțiune.

Multe dintre aceste forme complexe nu ar putea fi realizate în mod rentabil sau chiar nu ar putea fi fabricate deloc prin metode tradiționale, precum prelucrarea mecanică. Unele piese ar trebui construite din mai multe ansambluri și componente separate, care ar necesita operațiuni laborioase de asamblare, aliniere și prelucrare ulterioară. În plus, acestea ar fi mult mai grele și ar crește și mai mult densitatea componentelor din sistem.

„Chiar dacă anumite piese ar putea fi fabricate prin metode convenționale, efortul necesar ar fi enorm în comparație cu imprimarea 3D. Imprimarea SLS ne permite să reproducem forme foarte complexe și să simplificăm componentele și ansamblurile, deoarece putem dezvolta și imprima geometrii extrem de amorfe. Pentru noi, această tehnologie este ideală.”

Joachim Krumma, membru al conducerii CTS-3 GmbH

Unele componente sunt mai puțin complexe, dar necesită în continuare un nivel ridicat de precizie sau o construcție foarte fină. Printre acestea se numără piesele flexibile care previn contaminarea, acoperă marginile ascuțite, protejează senzorii sau reduc uzura.

„Recent, în robotul nostru a fost instalată o piesă imprimată 3D care poate preveni ruperea cablurilor și care ar trebui, în mod evident, să le prelungească durata de viață. Astfel, putem evita oprirea producției pentru o zi întreagă în vederea înlocuirii cablajelor”, a declarat Harig.

Piese imprimate 3D care înlocuiesc componentele din oțel

Evitarea și reducerea timpilor de nefuncționare a echipamentelor sunt esențiale în industria tipografică. Orice întârziere poate conduce la nerespectarea termenelor de livrare și poate face ca materialele tipărite să nu mai fie de actualitate.

 

Rețeaua extinsă de service HEIDELBERG poate expedia 95% dintre piesele de schimb către orice destinație din lume în decurs de 24 de ore. Cu toate acestea, echipa a dorit să testeze dacă piesele de schimb imprimate 3D la cerere ar putea reprezenta o soluție pentru componentele care nu mai sunt fabricate.

 

Într-una dintre mașinile de fălțuit mai vechi utilizate de Meinders & Elstermann, Krumma a instalat piese imprimate 3D pentru a înlocui mai multe componente fabricate inițial din oțel prin prelucrare mecanică. Printre acestea se numără articulațiile care susțin role metalice cu o greutate de până la 13 kg.

 

Piesele sunt montate sub carcasa echipamentului, unde sunt expuse unui mediu extrem de murdar și uleios. Pe durata utilizării îndelungate, acestea sunt supuse unor solicitări mecanice și fizice intense, inclusiv în cazul opririlor de urgență, când întreaga mașină se oprește brusc într-o fracțiune de secundă.

„Aceste componente trebuie să reziste la solicitări continue, respectiv la funcționarea în două schimburi, cinci zile pe săptămână, în condiții de sarcină extrem de ridicată. În prezent avem instalate piese care funcționează în aceste mașini de peste doi ani și jumătate. Acest lucru nu fusese prevăzut în etapa inițială de dezvoltare. Totuși, am monitorizat permanent piesele și a devenit evident destul de repede că pot rezista solicitărilor continue.”

Joachim Krumma, membru al conducerii CTS-3 GmbH

„Trebuie să recunosc că aceste piese sunt în mod clar foarte rezistente. Nici eu nu credeam că va fi posibil, însă până în prezent nu a fost necesară înlocuirea niciunei astfel de componente din mașinile noastre de fălțuit”, a adăugat Harig.

Sprijinirea competitivității industriei tipografice

„Mulți clienți aleg produsele online în locul celor tipărite. Din acest motiv, numeroase comenzi pe care le aveam în trecut nu mai există. Tirajele sunt din ce în ce mai mici și trebuie livrate într-un timp tot mai scurt. Singura modalitate de a răspunde acestei situații este utilizarea unor echipamente noi. În viitor vor exista mai puține tipografii, iar cele care vor rămâne vor trebui să se asigure că sunt bine pregătite pentru provocările viitoare”, a declarat Harig.

Utilizarea imprimantelor 3D și colaborarea cu specialiști precum Krumma și echipa CTS-3 îi permit companiei HEIDELBERG să accelereze procesul de dezvoltare a produselor. La rândul său, acest lucru îi ajută pe clienții finali să rămână competitivi pe o piață aflată într-o schimbare rapidă.

„Dacă nu am avea acces la această tehnologie, în special la imprimarea 3D SLS cu ajutorul sistemelor din seria Fuse, procesele de dezvoltare s-ar prelungi enorm. Aceste echipamente ne permit să facem progrese majore într-un timp foarte scurt. Putem testa și respinge idei sau le putem dezvolta în continuare. Putem produce piese peste noapte, pentru ca a doua zi să le testăm la sediul clientului. Fără accesul la această tehnologie, procesul de dezvoltare ar fi aproape la fel de lent ca producția convențională.”

Joachim Krumma, membru al conducerii CTS-3 GmbH

„Imprimarea 3D înregistrează progrese uriașe în fiecare an. Este evident că cei care stagnează rămân în urmă. Am ajuns destul de repede în punctul în care procesul de imprimare 3D și-a demonstrat în mod clar rentabilitatea în comparație cu producția convențională. Este fascinant să vedem ce urmează și ce alte posibilități vor apărea. Așteptăm cu nerăbdare evoluțiile viitoare”, a concluzionat Krumma.

Pentru mai multe informații:

Contactați-ne