Innovazione della linea di produzione grazie all’ottimizzazione del design
Nome del cliente: Impianto di produzione toner, Ricoh UK Products Limited
Sommario: Quando è stato necessario un nuovo attrezzo per l’impianto di imbottigliamento del toner di RPL, le capacità uniche dell’ottimizzazione del design e della stampa 3D hanno creato una soluzione che ha condensato tre maschere in una sola, con un notevole risparmio di costi e di peso.
Il problema: RPL è il centro europeo per la produzione di flaconi di toner che fornisce stampanti e prodotti multifunzione Ricoh. Lo stabilimento produce tre varianti di flaconi di toner soffiati e si è resa necessaria una soluzione per incorporare tre maschere in un unico progetto, per risparmiare tempo e denaro. Sono state prese in considerazione le attrezzature convenzionali prima che la produzione additiva si presentasse come l’opzione ideale.
La soluzione: ogni giorno vengono distribuiti 25.000 flaconi di toner riempiti da lo stabilimento Ricoh UK Products Ltd. I flaconi di toner, distribuiti in tutto il mondo, sono fondamentali per il funzionamento delle macchine dei clienti Ricoh.
RPL utilizza maschere, o bottle pucks, per posizionare i flaconi di toner nel trasporto per il test di tenuta in un processo automatizzato . Gli utensili interni sono estremamente sensibili ai costi e sono soggetti a uno dei principi guida di Ricoh: “produzione a bassissimo costo”. Per ottenere una significativa riduzione dei costi, senza sacrificare gli standard di produzione di Ricoh, è necessaria l’innovazione tecnologica e la creatività per modificare o reingegnerizzare i processi aziendali.
Quando è stata richiesta una nuova attrezzatura per l’impianto di imbottigliamento, l’azienda ha cercato un modo per eliminare il materiale non necessario e ridurre i tempi di sostituzione dei prodotti, il peso e, soprattutto, i costi. In origine, ogni bottiglia di toner aveva un design personalizzato, composto da un numero totale di 20 maschere per ogni prodotto. Ciò significava che quando si cambiava linea per un prodotto diverso, i dischi dovevano essere rimossi e immagazzinati. Ricoh 3D ha intravisto l’opportunità di utilizzare la stampa 3D per ottimizzare il design e ridurre i tempi di sostituzione, il peso dei dischi e quindi la durata del nastro trasportatore.
In primo luogo, il team è riuscito a incorporare tre maschere di soffiaggio in una sola, con inserti di dimensioni intercambiabili grazie alla stampa FDM, consentendo di testare la tenuta di una serie di bottiglie di toner in un’unica stazione.
Il disco per bottiglie stampato in 3D ha prodotto molteplici vantaggi, tra cui una significativa riduzione del peso grazie alla struttura interna a nido d’ape creata con la modellazione a deposizione fusa (FDM). Tuttavia, questa prima iterazione è stata progettata esclusivamente in CAD senza alcuna analisi FEA, per cui la soluzione è rimasta tipicamente sovraingegnerizzata, con una forma uniforme e simmetrica.
Il team sapeva che questo miglioramento poteva essere spinto ancora più in là con l’ottimizzazione del design, che utilizza un software complesso per creare progetti generativi che soddisfano o superano i parametri di resistenza e prestazioni.
Il disco lavorato a CNC, e persino stampato in 3D, era in definitiva limitato all’ingegneria geometrica e a ciò che poteva essere concepito dal singolo progettista. Dato il difficile ambiente di produzione, era essenziale garantire le prestazioni utilizzando l’analisi FEA e avere un robusto Fattore di Sicurezza incorporato. Per l’analisi FEA sono stati applicati i fattori di carico e di peso noti, per generare la minor quantità di materiale e di costi possibili attraverso l’ottimizzazione del progetto, inserendo al contempo un Fattore di Sicurezza X4.
In totale, il peso di ogni disco è stato ridotto del 94%, passando da 3,2 kg con la lavorazione CNC a 380 g con il modello iniziale stampato in 3D e infine a 203 g con l’ottimizzazione, con un risparmio del 56%.
Puck bottiglia lavorato a CNC 
Puck di bottiglia stampato in 3D 
Puck per bottiglie ottimizzato
Philip Greatrex, Senior Moulding Engineer, ha dichiarato: “L’incorporazione di tre maschere in una sola riduce il tempo di cambio prodotto di 20 minuti, il che equivale a 24.000 sterline in più al mese in termini di volume di vendite, per non parlare della riduzione del rischio di movimentazione manuale dovuto al sollevamento delle vecchie e pesanti maschere dal nastro al magazzino. Ora dobbiamo spostare solo gli inserti leggeri durante il cambio degli utensili, e questo è un grande vantaggio per noi, difficile da quantificare”.
La riduzione di peso consente inoltre di lavorare un maggior numero di bottiglie alla volta, grazie alla minore sollecitazione del sistema di trasporto e al risparmio energetico dell’apparecchiatura. Questi fattori hanno portato a un aumento della resa produttiva dall’80% al 99,3% in un periodo di tempo simile. Inoltre, l’ottimizzazione del design è stata uno strumento chiave per favorire una produzione più ecologica, utilizzando solo il minimo materiale necessario.
Nel complesso, si è trattato di un eccellente esempio di innovazione della linea di produzione e di come l’ottimizzazione del design, in particolare, possa aiutare a ottenere le massime prestazioni ed efficienza dei pezzi.