Kiedy pandemia COVID-19 uderzyła mocno Stany Zjednoczone i cały świat w marcu 2020 roku, firma produkcyjna z Nowego Jorku skupiła wszystkie swe wysiłki, aby odpowiedzieć na potrzebę wyposażenia personelu medycznego w środki ochrony osobistej. W zaledwie kilka tygodni opracowano prototyp innowacyjnej maszyny do produkcji maseczek. Zwykle taki proces trwa kilka miesięcy. Ale tak właśnie działa firma Boyce Technologies Inc. (BTI). Przedsiębiorstwo specjalizuje się w szybkim przechodzeniu od konceptu do produktu, zachowując wszelkie standardy produkcyjne.

Jak Tolomatic nawiązał współpracę z producentem maszyny?

Firma BTI zawdzięcza swój sukces głównie pionowej strukturze, która pozwala na bardzo szybkie działanie. Projektowanie, prototypowanie oraz produkcja odbywają się w jednym, nowoczesnym obiekcie. BTI samo wytwarza wiele z potrzebnych komponentów maszyn, od barwników po płytki PCB.

Celem firmy w tym przypadku było opracowanie małej, szybkiej i dostosowującej się elastycznie do różnych warunków maszyny produkującej maseczki ochronne. Istniejące maszyny były zbyt duże, drogie i przeznaczone do wytwarzania jednego rodzaju maseczek. Długo trwałoby również dostarczenie takiej maszyny.

Wiedzieliśmy, że dzięki nowej technologii będziemy mogli zrobić zwinną i szybką maszynę o dużej przepustowości i niższym całkowitym koszcie posiadania niż duże maszyny – powiedział Tom Powell, vice president of Business Development w firmie BTI. Potrzebowaliśmy maszyny, dającej się łatwo konfigurować, która zarazem zajmie tak mało przestrzeni jak to możliwe – dodał Powell.

Szybkość działania i elastyczność rozwiązań to priorytety także dla firmy Tolomatic. Filozofia ta przekłada się na możliwość szybkiego dostarczenia siłowników elektrycznych spośród szerokiego wachlarza dostępnych opcji. Dlatego też producent maszyny do produkcji maseczek wybrał Tolomatic na dostawcę rozwiązań ruchu liniowego do urządzenia. Nie bez znaczenia dla nawiązania współpracy był też fakt, że Tolomatic jest firmą zlokalizowaną w USA. BTI zależało na lokalnym dostawcy z uwagi na szybkość dostawy produktów i dostępność wsparcia technicznego.

Jak działa maszyna do produkcji maseczek?

Maszyna do produkcji maseczek oparta jest na koncepcji tzw. zautomatyzowanych komórek roboczych. Sprawia to, że procesy są zmaksymalizowane pod kątem wydajności i jakości, przy jednoczesnym wykorzystaniu minimalnej powierzchni i pracy niewielu osób.

Proces produkcji składa się z trzech etapów:

  1. Podawanie materiału
  2. Formowanie i cięcie
  3. Składanie i wykończenie

Na etapie podawania i przenoszenia materiału, maszyna formuje, tnie i zgrzewa tkaninę. Z tego miejsca, maseczki przenoszone są na stanowisko montażowe, gdzie przycinane i łączone z maseczką są paski. Na ostatnim etapie odbywa się kontrola jakości i pakowanie.

Komunikacja oparta na Ethernet oraz najnowocześniejsze komponenty – siłowniki, PLC oraz serwosilniki, zapewniają szybkość wymaganą dla dużej wydajności. Zrobotyzowany montaż i zautomatyzowana linia produkcyjna pozwalają na łatwe dostosowanie maszyny do różnych wymagań.

Oczekuje się, że  maszyna uzyska certyfikat FDA (Agencja Żywności i Leków) i zostanie zoptymalizowana pod kątem produkcji maseczki w kilka sekund, 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu.

Kilka słów o ruchu liniowym w maszynie do produkcji maseczek

Ponad tuzin różnych siłowników Tolomatic porusza, formuje, tnie i składa materiał. Siłowniki te to standardowe produkty, w których można konfigurować zakres skoku. Zostały dobrane zgodnie z wymaganiami dotyczącymi siły, ładunku, prędkości, orientacji i innych parametrów. Mają też elastyczne opcje montażu.

Każdy siłownik jest też specjalnie dopasowany do serwosilników firmy Teknic, użytych w maszynie. Wymiary silnika zostały uprzednio sprecyzowane w konfiguratorze Tolomatic pn. “Your Motor Here”. Dzięki dostarczeniu komponentów z właściwym mocowaniem silnika, wyeliminowano potencjalne problemy z interfejsem i montażem.

Na pierwszym stanowisku beztłoczyskowy moduł liniowy z napędem paskowym B3W od Tolomatic, podtrzymuje i porusza materiał (na poniższej fotografii widoczne są poziome elementy do formowania maseczek). Moduł liniowy ciągnie ciężką płachtę materiału i wspiera podgrzewaną prasę przesuwającą się po materiale. To naprawdę duża platforma, więc siłownik musi zapewnić duże momenty obrotowe oraz przenoszenie masy o wadze prawie 50 kg.

Cała jednostka, łącznie z wewnętrznym wspornikiem wózka i łożyskami, jest całkowicie uszczelniona, nie ma też zewnętrznych prowadnic. Taki typ konstrukcji siłownika zapobiega wkręcaniu się tkaniny do wnętrza siłownika, co mogłoby skutkować blokowaniem ruchu.

Na kolejnym stanowisku, również beztłoczyskowy moduł liniowy z napędem paskowym B3W zapewnia dokładne i szybkie pozycjonowanie podczas przesuwania się prasy tnącej i zgrzewającej maseczki. Moduły liniowe B3W osiągają prędkość do 5,08 m/s i wytrzymują duże obciążenia, aby spełniać nawet najbardziej wyśrubowane wymagania cyklu produkcyjnego.

Na trzecim etapie, moduły liniowe B3W przenoszą wstępnie uformowane maseczki do robota ABB, który je chwyta i przenosi na drugą stronę stołu do stanowiska montażu. Roboty przycinają i przyłączają paski do maseczek oraz kleją, przycinają i przyłączają do maseczek elementy przylegające do nosa. Dwa siłowniki elektryczne serii GSA wspierają proces zgrzewania ultradźwiękowego, za pomocą którego do maseczki przyłączana jest elastyczna pętelka do założenia wokół uszu. Następnie maseczki są zwalniane do pakowania i transportu.

Co po pandemii?

Bardzo ważne dla BTI było to, aby maszyna była nie tylko szybka, ale również elastycznie dopasowywała się do potrzeb producenta. Można ją łatwo zmodyfikować, tak aby produkować różne rozmiary i rodzaje maseczek, np. mniejsze dla dzieci czy dla różnych rozmiarów twarzy. Zmieniać może się również materiał, z którego wykonywane są maseczki oraz materiał i długość pasków.

BTI myśli długofalowo, również o czasach po pandemii COVID-19. Komórki robocze zaprojektowane zostały w taki sposób, aby adaptować je do produkcji maseczek do różnych zabiegów medycznych. BTI otrzymało już zapytania dotyczące masek specjalistycznych, nie-COVIDowych. Firma upatruje w takich specjalistycznych maskach swojej szansy na rynku, dlatego też przygląda się całej gamie nowych, niestandardowych produktów, które mogą ułatwić medykom procedury, których teraz nie mogą wykonywać.

Tolomatic ma bardzo podobną filozofię dotyczącą produkcji i odpowiadania na wyzwania współczesności. Produkty, które można łatwo modyfikować to wyróżnik biznesu Tolomatic. Dzięki temu firma może współpracować z takimi producentami jak BTI tworząc rozwiązania potrzebne do produkcji maseczek, respiratorów i innego sprzętu medycznego, niezbędnego zwłaszcza w obecnej sytuacji.

 

Oryginalna wersja artykułu pochodzi z bloga Tolomatic i można ją znaleźć pod adresem: https://www.tolomatic.com/blog/artmid/843/articleid/445/fast-and-flexible-how-to-design-a-mask-making-machine