Produktionslinieninnovation durch Designoptimierung
Kundenname : Tonerproduktionsanlage, Ricoh UK Products Limited
Zusammenfassung : Als in der Tonerabfüllanlage von RPL neue Werkzeuge benötigt wurden, konnten durch die einzigartigen Möglichkeiten der Designoptimierung und des 3D-Drucks drei Vorrichtungen zu einer einzigen zusammengefasst werden, was zu erheblichen Kosten- und Gewichtseinsparungen führte.
Das Problem : RPL ist das europäische Zentrum für die Herstellung von Tonerflaschen und beliefert Ricoh-Drucker und Multifunktionsprodukte. Der Standort produziert drei Varianten blasgeformter Tonerflaschen. Um Zeit und Geld zu sparen, musste eine Lösung gefunden werden, die drei Vorrichtungen in einem Design vereint. Konventionelle Werkzeuge wurden untersucht, bevor sich die additive Fertigung als ideale Option erwies.
Die Lösung: 25.000 gefüllte Tonerflaschen werden verteilt von Die Tonerflaschen werden täglich im Werk von Ricoh UK Products Ltd. vertrieben. sind für die Maschinenfunktion der Kunden von Ricoh von entscheidender Bedeutung.
RPL verwendet Jigs oder Flaschenpucks, um Positionieren Sie die Tonerflaschen im Förderband für die Dichtheitsprüfung in einem automatisierten Prozess. Interne Werkzeuge sind äußerst kostensensibel und unterliegen einem von Ricohs Leitprinzip: „Super Low Cost Manufacturing“. Um eine erhebliche Kostensenkung, ohne die Fertigungsstandards von Ricoh zu beeinträchtigen, erfordert technologische Innovation und Kreativität, um zu verändern oder neu zu gestalten Geschäftsprozesse.
Als in der Abfüllanlage neue Werkzeuge benötigt wurden, suchte das Unternehmen nach Möglichkeiten, unnötiges Material zu entfernen und so Produktumstellungszeit, Gewicht und vor allem Kosten zu reduzieren. Jede Tonerflasche hatte ursprünglich ein eigenes, maßgeschneidertes Flaschenpuck-Design, bestehend aus insgesamt 20 Vorrichtungen pro Produkt. Das bedeutete, dass beim Produktwechsel die Pucks entfernt und eingelagert werden mussten. Ricoh 3D erkannte die Möglichkeit, das Design mithilfe von 3D-Druck zu optimieren, um die Umstellungszeit zu verkürzen, das Gewicht der Pucks zu reduzieren und so die Lebensdauer des Förderbands zu verlängern.
Zunächst gelang es dem Team, drei blasgeformte Vorrichtungen mit Einsätzen in austauschbaren Größen mittels FDM-Druck in eine zu integrieren, sodass eine Reihe von Tonerflaschen an einer Station auf Dichtheit geprüft werden konnten.
The revised 3D printed bottle puck produced multiple benefits, including a significant reduction in weight due to the sparse honeycomb internal structure created by Fused Deposition Modelling (FDM). However, this first iteration was designed purely in CAD without any FEA analysis so the solution remained typically over-engineered, with a uniform and symmetrical shape.
Das Team wusste, dass diese Verbesserung durch Designoptimierung noch weiter vorangetrieben werden konnte. Dabei wird komplexe Software verwendet, um generative Designs zu erstellen, die die Parameter für Festigkeit und Leistung erfüllen oder übertreffen.
Der CNC-gefräste und sogar 3D-gedruckte Puck war letztlich auf geometrische Ingenieurwissenschaften beschränkt und was von der einzelne Designer. Angesichts der anspruchsvollen Produktionsumgebung war es unerlässlich, um die Leistung mithilfe einer FEA-Analyse zu gewährleisten und einen robusten Faktor zu haben der eingebauten Sicherheit. Die bekannten Last- und Gewichtsfaktoren wurden für FEA angewendet Analyse, um durch Design möglichst wenig Material und Kosten zu erzeugen Optimierung bei gleichzeitiger Integration eines X4-Sicherheitsfaktors.
Insgesamt wurde das Gewicht jedes Pucks um 94 % reduziert, von 3,2 kg bei der CNC-Bearbeitung auf 380 g beim ersten 3D-gedruckten Modell und schließlich auf 203 g bei der Optimierung – was eine Kostenersparnis von 56 % bedeutet.
CNC-gefräster Flaschenpuck 
3D-gedruckter Flaschenpuck 
Optimierter Flaschenpuck
Philip Greatrex, leitender Formtechniker, sagte: „Die Integration von drei Vorrichtungen in eine verkürzt die Produktwechselzeit um 20 Minuten, was einem zusätzlichen Umsatz von 24.000 Pfund pro Monat entspricht. Ganz zu schweigen von den geringeren manuellen Handhabungsrisiken, die durch das Heben der alten schweren Vorrichtungen vom Band ins Lager entstehen. Wir müssen jetzt beim Werkzeugwechsel nur noch leichte Einsätze bewegen. Das ist für uns ein großer Gewinn, der sich nur schwer quantifizieren lässt.“
Die Gewichtsreduzierung bedeutet auch mehr Flaschen können aufgrund der geringeren Belastung des Förderbandes gleichzeitig verarbeitet werden Energieeinsparungen bei Systemen und Geräten. Diese Faktoren führten letztendlich zu einer erhöhten Produktionsausbeute von 80% auf 99,3% in einem ähnlichen Zeitraum. Darüber hinaus Design Optimierung war ein Schlüsselinstrument zur Förderung einer umweltfreundlicheren Produktion, indem nur mit minimalem Materialaufwand.
Insgesamt war dies ein hervorragendes Beispiel für Innovation in der Produktionslinie und dafür, wie insbesondere Designoptimierungen dazu beitragen können, maximale Leistung und Effizienz der Teile zu erreichen.