Innovación en la línea de producción mediante la optimización del diseño
Nombre del cliente: Instalación de producción de tóner, Ricoh UK Products Limited
Resumen: Cuando la planta de embotellado de tóner de RPL necesitó un nuevo utillaje, las capacidades únicas de la optimización del diseño y la impresión en 3D crearon una solución que condensó tres plantillas en una sola, produciendo un ahorro sustancial de costes y peso.
El problema: RPL es el centro europeo de fabricación de botellas de tóner que suministra a las impresoras y productos multifuncionales de Ricoh. El centro fabrica tres variantes de botellas de tóner moldeadas por soplado y se necesitaba una solución para incorporar tres plantillas en un solo diseño, para ahorrar tiempo y dinero. Se exploró el utillaje convencional antes de que la fabricación aditiva se presentara como la opción ideal.
La solución: 25.000 botellas de tóner llenas se distribuyen desde la fábrica de Ricoh UK Products Ltd cada día. Las botellas de tóner, que se distribuyen a nivel mundial son fundamentales para el funcionamiento de las máquinas de los clientes de Ricoh.
RPL utiliza plantillas, o pucks de botellas, para para posicionar las botellas de tóner en el transporte para la prueba de fugas en un proceso proceso automatizado. El utillaje interno es extremadamente sensible a los costes y está sujeto a uno de los principios rectores de Ricoh: “fabricación de muy bajo coste”. Para lograr una reducción de costes significativa, sin sacrificar los estándares de fabricación de Ricoh requiere innovación tecnológica y creatividad para cambiar o rediseñar los procesos de negocio.
Cuando se necesitó un nuevo utillaje en la planta de embotellado, la empresa buscó formas de eliminar el material innecesario y reducir el tiempo de cambio de producto, el peso y, sobre todo, el coste. Cada producto de botella de tóner tenía originalmente su propio diseño de disco de botella a medida, que consistía en un número total de 20 plantillas para cada producto. Esto significaba que cuando se cambiaba la línea por un producto diferente, había que retirar y almacenar los pucks. Ricoh 3D vio la oportunidad de utilizar la impresión 3D para optimizar el diseño y reducir el tiempo de cambio, el peso de los discos y, por tanto, la vida útil de la cinta.
En primer lugar, el equipo pudo incorporar tres plantillas de moldeo por soplado en una sola, con inserciones de tamaño intercambiable mediante la impresión FDM, lo que permitió probar la estanqueidad de una serie de botellas de tóner en una sola estación.
La versión revisada de la botella impresa en 3D ofrece múltiples ventajas, entre ellas una reducción significativa del peso gracias a la estructura interna en forma de panal de abeja creada mediante el modelado por deposición fundida (FDM). Sin embargo, esta primera iteración se diseñó exclusivamente en CAD, sin ningún análisis de elementos finitos, por lo que la solución siguió siendo la típica sobreingeniería, con una forma uniforme y simétrica.
El equipo sabía que esta mejora podía de la optimización del diseño, que utiliza un complejo software para crear crear diseños generativos que cumplan o superen los parámetros de resistencia y rendimiento.
El disco mecanizado por CNC, e incluso impreso en 3D, estaba se limitaba en última instancia a la ingeniería geométrica y a lo que podía concebir el diseñador individual. Dado el exigente entorno de producción, era garantizar el rendimiento mediante el análisis de elementos finitos y contar con un sólido factor de de seguridad incorporado. Los factores de carga y peso conocidos se aplicaron para el análisis FEA de carga y peso conocidos, con el fin de generar la menor cantidad de material y coste posible a través de la optimización del diseño. optimización del diseño, al tiempo que se incorporaba un factor de seguridad X4.
En total, el peso de cada disco se redujo en un 94%, pasando de 3,2 kg con el mecanizado CNC a 380 g con el modelo inicial impreso en 3D y, finalmente, a 203 g cuando se optimizó, lo que supuso un ahorro de costes del 56%.
Disco de botella mecanizado por CNC 
Disco de botella impreso en 3D 
Pieza optimizada de la botella
Phil Greatrex, Ingeniero Superior de ingeniero de moldeo, dijo: “La incorporación de tres plantillas en una sola reduce el tiempo de de cambio de producto en 20 minutos, lo que equivale a un volumen de ventas adicional de 24.000 libras esterlinas al mes. volumen de ventas, por no mencionar la reducción del riesgo de manipulación manual de levantar las viejas y pesadas plantillas para almacenarlas. Ahora sólo tenemos que mover de insertos ligeros durante el cambio de herramientas, lo que supone una gran ganancia difícil de cuantificar”. cuantificar”.
La reducción de peso también significa que se pueden procesar más de botellas al mismo tiempo, debido a la reducción de la tensión en el sistema de transporte y al ahorro de energía del equipo. y el ahorro de energía del equipo. Estos factores han permitido aumentar el rendimiento de rendimiento de la producción del 80% al 99,3% en un plazo similar. Además, la optimización del diseño Además, la optimización del diseño ha sido una herramienta clave para impulsar la fabricación utilizando el mínimo material necesario.
En general, este fue un buen ejemplo de innovación en la línea de producción de producción y de cómo la optimización del diseño, en particular, puede ayudar a máximo rendimiento y eficiencia de las piezas.