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Jul 16, 2023

Ahora puede transmitir piezas 3D para máquinas de embalaje

Bob Sperber | 14 de octubre de 2020 Cuando quieras escuchar música, es muy probable que hayas utilizado un servicio de transmisión en línea como Spotify. Simplemente selecciona una canción y haz clic para reproducir. ¿Y si fuera

Bob Sperber | 14 de octubre de 2020

Cuando quieras escuchar música, es muy probable que hayas utilizado un servicio de transmisión en línea como Spotify. Simplemente selecciona una canción y haz clic para reproducir.

¿Qué pasaría si fuera igual de fácil hacer lo mismo cuando necesita una pieza para mantener su máquina envasadora en funcionamiento? Resulta que “Y si”, es ahora mismo.

Actualmente se está utilizando un nuevo sistema de hacer clic para imprimir que puede brindarle a sus operaciones de empaque una solución de fabricación aditiva (impresión 3D) que combina la simplicidad de la transmisión de música con la transmisión de ciencia ficción de "usar un replicador de Star Trek", dice Marcus Schindler, director de cadena de suministro de Gerhard Schubert GmbH, fabricante de máquinas de envasado para Nestlé, Unilever, Roche, el pastelero italiano Ferrero y otras marcas de consumo.

Los principales beneficios promocionados por los defensores de la fabricación aditiva incluyen costos reducidos de herramientas; mayor control e innovación sobre los diseños de piezas; mayor precisión de fabricación; revisiones/iteraciones de diseño más rápidas; plazos de entrega más cortos y tiempo de implementación reducido; y menos residuos para una mayor sostenibilidad medioambiental. A medida que el método madura, la relación precio/rendimiento apunta a más y más soluciones que combinan los materiales e impresoras adecuados para proporcionar nuevas soluciones de línea de embalaje.

"Estamos muy convencidos de que la fabricación bajo demanda y la distribución de la fabricación hasta el cliente es un enfoque superior", afirma Schindler, que también es codirector ejecutivo de Schubert Additive Solutions, una nueva empresa hermana formada el año pasado para desarrollar un clic. Solución -to-print para enviar datos en lugar de piezas para que los clientes puedan imprimir los suyos propios, en las instalaciones, con conocimientos especializados de diseño o impresión 3D. En lugar de eso, buscan en su catálogo de piezas en línea o en su cuenta de “almacén digital” la pieza que necesitan, hacen clic y la impresión comienza automáticamente.

Las piezas pueden ser repuestos estándar y repuestos que ya se encuentran en las tiendas virtuales del fabricante de la máquina, así como herramientas personalizadas para cambios de formato de producto y embalaje, como herramientas robóticas de extremo de brazo (EoAT).

Transmitiendo piezas en la planta tan fácilmente como música durante la pausa del almuerzo, los profesionales del embalaje ahora pueden hacer clic en una imagen para imprimir automáticamente la pieza necesaria bajo demanda.

La primera instalación se produjo el año pasado cuando una marca de cosméticos instaló la solución en sus instalaciones. Si bien la mayoría de los detalles aún no son públicos, Schindler informa que un conjunto completo de piezas de cambio de formato, desde el contenedor vacío hasta el final de la línea, cuesta menos de 1.000 euros utilizando la solución de impresión 3D local. Vea esta línea de cosméticos y otras en este video.

Desde esa instalación, cuatro líneas de embalaje más agregaron impresoras y cinco usuarios pioneros más compraron el sistema para aplicaciones no relacionadas con el embalaje.

Para los clientes de embalaje, el sistema elimina los obstáculos técnicos para la adopción. De hecho, muchos ya utilizan piezas impresas y es posible que no lo sepan. Según Schindler, el fabricante de máquinas ha utilizado la fabricación aditiva en todas las máquinas que ha fabricado desde 2012: de unos pocos cientos a 45.000 el año pasado y aproximadamente 65.000 este año. Cientos de miles de piezas impresas funcionan actualmente en líneas de envasado sobre el terreno.

La nueva solución, llamada Partbox, es el resultado de una asociación con el proveedor de soluciones de fabricación aditiva Ultimaker.

Así es como funciona: El usuario, como un administrador de embalaje autorizado, inicia sesión en su cuenta personal de almacén digital de Partbox (en partbox.eu), selecciona piezas y cantidades del catálogo de software o "almacén digital" y hace clic para imprimir. Eso es todo lo que hay que hacer más allá de cargar el material (ver imagen a continuación).

Las instalaciones de Schubert albergan bancos de impresoras 3D para metales y plásticos valoradas en más de millones de dólares. La impresora Partbox reducida (frontal y central) utiliza tecnología de Ultimaker para ofrecer a los clientes una solución interna de precio/rendimiento Goldilocks para plásticos.

Schubert no ha interrumpido el servicio y soporte posventa, por lo que todavía vende piezas, impresas en 3D o no. En cambio, ideó el sistema Partbox para que los usuarios no puedan abrir ni modificar archivos de piezas. Por el lado positivo, el sistema protege y garantiza la calidad, la seguridad y el rendimiento de las piezas impresas al tiempo que protege su propia propiedad intelectual. El sistema de circuito cerrado se parece mucho a la tienda de música iTunes de Apple en el sentido de que crea un jardín amurallado de archivos protegidos.

La comunicación de datos, desde el software hasta la impresora y la facturación financiera de las piezas, se gestiona mediante una puerta de enlace de Internet de las cosas (IoT) industrial dedicada desarrollada por Schubert System Elektronik y genua GmbH, la filial alemana de seguridad de TI de la Oficina Federal de Imprenta en Alemania. Este enfoque de jardín amurallado elimina la posibilidad de utilizar una memoria USB potencialmente infectada para transferir archivos a la impresora y elimina el riesgo cibernético de abrir las redes de la fábrica a Internet.

Schubert se asoció con Ultimaker para sus máquinas internas de más de un millón de dólares que imprimen piezas de metal y plástico, y para Partbox, se utiliza una impresora reducida para imprimir piezas estándar, desde engranajes hasta EoAT, con un precio y rendimiento óptimos.

Las piezas originales de Schubert utilizan procesos de impresión que incluyen la sinterización selectiva por láser (SLS), que fusiona polvos de polímero con una resolución similar al moldeo por inyección. Las impresoras Partbox utilizan modelado por deposición fundida (FDM), que funde y extruye filamento termoplástico (principalmente ácido poliláctico o PLA con algo de uso de tereftalato de polietileno gly o PETG). El nivel de resistencia y detalle es óptimo para piezas de formato y similares, pero cuesta mucho menos: aproximadamente 10.000 euros frente a 1 millón de euros.

Ninguna máquina puede hacerlo todo: si una pieza es demasiado grande o no es adecuada para Partbox, Schubert recurrirá a otros métodos de fabricación tradicionales o 3D y enviará las piezas físicas. Pero sin duda la fabricación aditiva está progresando para abarcar aplicaciones más amplias. Un ejemplo de ello: el informe de septiembre de Packaging Digest sobre una nueva técnica basada en láser para utilizar simultáneamente varios materiales para imprimir una pieza.

Hoy en día, Schubert ofrece piezas estándar a todos los clientes, mientras que se pueden agregar piezas nuevas personalizadas para adaptarse a los planes de los usuarios para nuevos productos y formatos. Schindler dice que el tiempo de ciclo de una pieza que habría tomado tres semanas usando métodos tradicionales ahora puede tomar dos semanas usando diseños iterativos 3D. Cuando un cliente necesita una pieza de nuevo formato, Schubert diseña, prueba y certifica la pieza nueva y luego la agrega a la cuenta Partbox del cliente.

La velocidad de la impresión 3D ha demostrado su eficacia en otros lugares. Por ejemplo, Heineken, independientemente de Schindler pero que también utiliza impresoras Ultimaker, ha descubierto que si el fallo de una pieza provoca una parada en la línea de embotellado, se puede imprimir una pieza nueva en ocho a diez horas (desde el diseño hasta la finalización) en lugar de días. (o mucho más, dependiendo de la logística global) para que un proveedor de máquinas envíe una pieza que ya está en stock. Isabelle Haenen, responsable de adquisiciones de la cadena de suministro global de Heineken, dijo el año pasado que la empresa "aún está en las primeras etapas de la impresión 3D, pero ya hemos visto una reducción de los costos [por pieza impresa] entre un 70% y un 90% y también una disminución del tiempo de entrega de estas aplicaciones del 70% al 90%”. (Ver vídeo “Heineken: Garantizando la continuidad de la producción con la impresión 3D”)

"La complejidad es gratis", dice Schindler, refiriéndose a los nuevos diseños de piezas optimizados que aporta el 3D. “Éste es el secreto de la fabricación aditiva. Podemos fabricar mejores piezas y podemos reducir la cantidad de piezas y el tiempo necesario para ensamblarlas. Y podemos diseñar piezas mejores, más eficientes y más ligeras”, afirma Schindler.

El modelado 3D y el diseño iterativo pueden simplificar y aligerar los diseños de piezas para reducir el desgaste, el peso y el rendimiento en comparación con las piezas tradicionales.

En un caso, un nuevo diseño de herramientas ayudó a convertir una máquina con dos robots, uno para formar cajas de cartón y otro para llenar botellas, en un proceso de un solo robot, dice Schindler. En otros lugares, nuevos diseños de herramientas que se deslizan y enganchan en su lugar aceleran los cambios en líneas de envasado compacto de cosméticos y llenadoras de botellas: una sola pieza se puede intercambiar en segundos, lo que reduce la complejidad y acelera los cambios de formato. Esto, y la adición de herramientas codificadas por colores, hacen que sea sencillo cambiar entre conejitos de chocolate y Papá Noel de chocolate.

Para cambiar de conejitos de chocolate a Papá Noel de chocolate, el operador solo necesita deslizar nuevas piezas codificadas por colores.

En otra aplicación exitosa, un nuevo diseño 3D para una herramienta robótica proporcionó beneficios sorprendentes sobre un complicado ensamblaje EoAT en una línea de tazas de crema para café. Antes del diseño 3D, la herramienta estaba hecha de 192 piezas más pequeñas fresadas mediante CNC con 1.000 tornillos, y requería un día completo para ensamblarla y montarla en el brazo robótico. El nuevo diseño 3D utiliza sólo tres piezas y sólo ocho tornillos.

El diseño 3D redujo la complejidad de las herramientas robóticas en una línea de crema de café. La herramienta original (arriba) requería 192 piezas fresadas con CNC y 1000 tornillos. El nuevo diseño 3D (medio e inferior) utiliza sólo tres piezas y ocho tornillos.

"La fabricación aditiva reduce enormemente el coste del proceso, pero la mayoría de las empresas no ven el efecto de ahorro total hasta que calculan el coste total del proceso", afirma Schindler. Estos incluyen almacenamiento, tiempo de actividad de producción, productividad de línea/mano de obra y otros factores. En el ámbito del transporte, Schindler afirma que la solución 3D reduce la huella de carbono por pieza impresa entre un 40 % y un 89 % porque no hay piezas que enviar. Los ahorros se calcularon como parte de la tesis de maestría de un empleado que investigaba los puntos de contacto desde las materias primas hasta las piezas enviadas frente a las piezas impresas.

Schindler dice que ahora está en conversaciones con "empresas muy grandes" y que los clientes en Estados Unidos han mostrado un gran interés y están "mucho más abiertos" a la tecnología que los clientes europeos. Añade que una reacción no infrecuente de los profesionales del embalaje que ven la solución en acción es algo así como: “¡Vaya! Esto es genial”.

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