Innovación en la línea de producción mediante la optimización del diseño
Nombre del cliente : Planta de producción de tóner, Ricoh UK Products Limited
Resumen : Cuando se necesitaron nuevas herramientas en la planta embotelladora de tóner de RPL, las capacidades únicas de optimización del diseño e impresión 3D crearon una solución que condensó tres plantillas en una, produciendo ahorros sustanciales de costos y peso.
El problema : RPL es el centro europeo de fabricación de botellas de tóner que abastece a las impresoras y productos multifuncionales de Ricoh. La planta fabrica tres variantes de botellas de tóner moldeadas por soplado y se necesitaba una solución para integrar tres plantillas en un solo diseño, ahorrando tiempo y dinero. Se exploraron las herramientas convencionales antes de que la fabricación aditiva se presentara como la opción ideal.
La solución: se distribuyen 25.000 botellas de tóner llenas desde La fábrica de Ricoh UK Products Ltd. todos los días. Las botellas de tóner, distribuidas globalmente, son fundamentales para el funcionamiento de las máquinas para los clientes de Ricoh.
RPL utiliza plantillas o discos de botella para Colocar las botellas de tóner en el transportador para realizar pruebas de fugas en un sistema automatizado. proceso. Las herramientas internas son extremadamente sensibles a los costos y están sujetas a uno de Los principios rectores de Ricoh: “fabricación a muy bajo coste”. Para lograr una reducción significativa de costos, sin sacrificar los estándares de fabricación de Ricoh, requiere innovación tecnológica y creatividad para cambiar o rediseñar procesos de negocio.
Cuando se requirió un nuevo utillaje en la planta embotelladora, la empresa buscó maneras de eliminar material innecesario y reducir el tiempo de cambio de producto, el peso y, sobre todo, el coste. Cada botella de tóner contaba originalmente con su propio diseño de disco de botella a medida, compuesto por un total de 20 plantillas para cada producto. Esto implicaba que, al cambiar la línea para un producto diferente, era necesario retirar y almacenar los discos. Ricoh 3D vio la oportunidad de utilizar la impresión 3D para optimizar el diseño y reducir el tiempo de cambio, reducir el peso de los discos y, por lo tanto, prolongar la vida útil de la cinta transportadora.
En primer lugar, el equipo pudo incorporar tres plantillas moldeadas por soplado en una, con insertos de tamaño intercambiable mediante impresión FDM, lo que permitió realizar pruebas de fugas en una variedad de botellas de tóner en una estación.
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.
El equipo sabía que esta mejora podría impulsarse aún más con la optimización del diseño, que utiliza software complejo para crear diseños generativos que cumplen o superan los parámetros de resistencia y rendimiento.
El disco mecanizado por CNC e incluso impreso en 3D En última instancia se limitó a la ingeniería geométrica y a lo que podía concebirse mediante El diseñador individual. Dado el exigente entorno de producción, fue Es esencial garantizar el rendimiento mediante el análisis FEA y tener un factor robusto. de seguridad incorporada. Se aplicaron los factores de carga y peso conocidos para el análisis por elementos finitos (FEA). Análisis, para generar la menor cantidad de material y costo posible a través del diseño. optimización, incorporando al mismo tiempo un factor de seguridad X4.
En total, el peso de cada disco se redujo en un 94%, de 3,2 kg con el mecanizado CNC a 380 g con el modelo impreso en 3D inicial y finalmente a 203 g cuando se optimizó, lo que produjo un ahorro de costos del 56%.
Disco de botella mecanizado por CNC 
Disco de botella impreso en 3D 
Disco de botella optimizado
Philip Greatrex, ingeniero sénior de moldeo, afirmó: «La incorporación de tres plantillas en una reduce el tiempo de cambio de producto en 20 minutos, lo que equivale a 24.000 libras esterlinas adicionales al mes en volumen de ventas, sin mencionar la reducción del riesgo de manipulación manual al sacar las plantillas antiguas y pesadas de la cinta transportadora para almacenarlas. Ahora solo tenemos que mover insertos ligeros durante el cambio de herramienta; es una gran ventaja para nosotros, difícil de cuantificar».
La reducción de peso también significa más Las botellas se pueden procesar a la vez, debido a la menor tensión en el transportador ahorro de energía en sistemas y equipos. Estos factores finalmente llevaron a un aumento Rendimiento de producción del 80% al 99,3% en un plazo similar. Además, el diseño… La optimización ha sido una herramienta clave para impulsar una fabricación más ecológica, solo utilizando el mínimo material necesario.
En general, este fue un excelente ejemplo de innovación en la línea de producción y de cómo la optimización del diseño, en particular, puede ayudar a lograr el máximo rendimiento y eficiencia de las piezas.