Innovation de la ligne de production grâce à l’optimisation de la conception
Nom du client : Usine de production de toner, Ricoh UK Products Limited
Résumé : Lorsque de nouveaux outils ont été nécessaires à l’usine d’embouteillage de toner de RPL, les capacités uniques d’optimisation de la conception et d’impression 3D ont créé une solution qui a condensé trois gabarits en un seul, produisant des économies substantielles de coûts et de poids.
Le problème : RPL est le centre européen de fabrication de bouteilles de toner, fournisseur des imprimantes et produits multifonctions Ricoh. Le site fabrique trois variantes de bouteilles de toner moulées par soufflage et il fallait trouver une solution pour intégrer trois gabarits dans un seul modèle, afin de gagner du temps et de l’argent. L’outillage conventionnel a été exploré avant que la fabrication additive ne s’impose comme la solution idéale.
La solution : 25 000 bouteilles de toner remplies sont distribuées à partir de l’usine Ricoh UK Products Ltd chaque jour. Les bouteilles de toner, distribuées dans le monde entier, sont essentiels au fonctionnement des machines pour les clients de Ricoh.
RPL utilise des gabarits, ou des rondelles de bouteille, pour positionner les bouteilles de toner dans le moyen de transport pour un test d’étanchéité dans un système automatisé processus. L’outillage interne est extrêmement sensible aux coûts et soumis à l’un des Les principes directeurs de Ricoh : « fabrication à très bas coût ». Pour atteindre un réduction significative des coûts, sans sacrifier les normes de fabrication de Ricoh, nécessite de l’innovation technologique et de la créativité pour changer ou réorganiser processus d’affaires.
Lorsqu’un nouvel outillage s’est avéré nécessaire à l’usine d’embouteillage, l’entreprise a cherché des moyens d’éliminer les matériaux inutiles et de réduire les temps de changement de produit, le poids et, surtout, les coûts. À l’origine, chaque bouteille de toner était équipée de son propre système de fixation sur mesure, composé de 20 gabarits par produit. Ainsi, lors du changement de ligne pour un produit différent, les fixations devaient être retirées et stockées. Ricoh 3D a saisi l’opportunité d’utiliser l’impression 3D pour optimiser la conception et ainsi réduire les temps de changement, alléger les fixations et ainsi prolonger la durée de vie du convoyeur.
Tout d’abord, l’équipe a pu intégrer trois gabarits moulés par soufflage en un seul, avec des inserts de taille interchangeables grâce à l’impression FDM, permettant de tester l’étanchéité d’une gamme de bouteilles de toner sur une seule station.
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.
L’équipe savait que cette amélioration pouvait être poussée encore plus loin grâce à l’optimisation de la conception, qui utilise un logiciel complexe pour créer des conceptions génératives qui respectent ou dépassent les paramètres de résistance et de performance.
Le palet usiné CNC, et même imprimé en 3D se limitait finalement à l’ingénierie géométrique et à ce qui pouvait être conçu par le designer individuel. Compte tenu de l’environnement de production exigeant, il était essentiel de garantir les performances en utilisant l’analyse FEA et d’avoir un facteur robuste de sécurité intégrée. Les facteurs de charge et de poids connus ont été appliqués pour l’analyse par éléments finis analyse, pour générer le moins de matière et de coût possible via la conception optimisation, tout en intégrant un facteur de sécurité X4.
Au total, le poids de chaque palet a été réduit de 94 %, passant de 3,2 kg avec l’usinage CNC, à 380 g avec le modèle initial imprimé en 3D et enfin à 203 g une fois optimisé, ce qui produit une économie de coûts de 56 %.
Rondelle de bouteille usinée CNC 
Palet de bouteille imprimé en 3D 
Palet de bouteille optimisé
Philip Greatrex, ingénieur principal en moulage, a déclaré : « L’intégration de trois gabarits en un seul réduit le temps de changement de produit de 20 minutes, ce qui représente un gain de ventes mensuel de 24 000 £, sans parler de la réduction des risques liés à la manutention manuelle des anciens gabarits lourds hors de la bande transporteuse pour les stocker. Nous n’avons désormais plus qu’à déplacer des inserts légers lors du changement d’outil, ce qui représente pour nous un gain considérable, difficile à quantifier. »
La réduction de poids signifie également plus les bouteilles peuvent être traitées en même temps, grâce à la contrainte réduite sur le convoyeur économies d’énergie des systèmes et des équipements. Ces facteurs ont finalement conduit à une augmentation rendement de production de 80 % à 99,3 % dans un délai similaire. De plus, la conception L’optimisation a été un outil clé pour favoriser une fabrication plus écologique, de seulement en utilisant le minimum de matériel requis.
Dans l’ensemble, il s’agit d’un excellent exemple d’innovation de ligne de production et de la manière dont l’optimisation de la conception, en particulier, peut aider à atteindre des performances et une efficacité maximales des pièces.