Những thách thức và giải pháp trong thiết kế chế tạo máy bôi keo tự động

Các kỹ sư từ các ngành công nghiệp khác nhau cân nhắc những thách thức mà họ phải đối mặt khi phân phối keo và các vật liệu khác.

Các phương pháp phân phối chất kết dính, mỡ, dầu, chất sệt và các chất lỏng khác bao gồm nhiều kỹ thuật: từ các ứng dụng thủ công như chai bóp, tăm xỉa răng và ống tiêm đến rô bốt bán tự động trên bàn. Mỗi phương pháp đều đưa ra những thách thức riêng đối với các nhà sản xuất khi cố gắng khớp sự tinh vi của quy trình pha chế với các yêu cầu của họ về chất lượng, sản lượng và hiệu quả chi phí.

Để cung cấp một số thông tin chi tiết, chúng tôi đã tài trợ một loạt các nghiên cứu chuyên sâu tập trung đặc biệt vào phân phối chất lỏng trong quy trình lắp ráp. Các nghiên cứu đã được hoàn thành trong khoảng thời gian 5 năm. Đánh giá của chúng tôi đã xác định những thách thức phân phối phổ biến nhất mà các nhà sản xuất phải đối mặt.

Từ lâu đã là người đóng vai trò quan trọng trong việc thiết kế và sản xuất các hệ thống phân phối chất lỏng chính xác cho quy trình lắp ráp để bàn và dây chuyền lắp ráp tự động, chúng tôi chia sẻ một số mẹo và hướng dẫn để giải quyết những thách thức đó và cải thiện quy trình pha chế của bạn.

Phương pháp nghiên cứu

Được tài trợ bởi Nordson EFD và được thực hiện bởi Clear Seas Research, các nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian 5 năm, trong ba đợt riêng biệt, từ năm 2014 đến năm 2018. Các nghiên cứu sử dụng các câu hỏi phần lớn giống hệt nhau và cơ sở người trả lời có kích thước tương tự từ các khu vực địa lý và ngành tương tự . Kết quả từ ba nghiên cứu sau đó được kết hợp để đạt được dữ liệu xu hướng.

Tổng cộng có 890 người được hỏi tham gia từ các công ty sản xuất trên khắp Hoa Kỳ. Những người được hỏi có đủ tư cách tham gia vào việc quyết định loại chất lỏng lắp ráp và thiết bị pha chế nào được sử dụng trong các quy trình sản xuất của công ty.

Dựa trên dữ liệu từ nghiên cứu năm 2018, đây là những thách thức được đánh giá cao nhất liên quan đến hệ thống pha chế:

• Khả năng lặp lại shot-to-shot.
• Độ chính xác của shot-to-shot.
• Bảo trì thiết bị.
• Làm sao để năng suất cao hơn.
• Vật liệu tiêu hao khi bôi keo.
• Đào tạo vận hành.
• Làm lại và loại bỏ lỗi.

Khả năng lặp lại shot-to-shot

Thách thức này dường như phổ biến hơn khi sử dụng chai bóp và ống tiêm để phân phối chất lỏng lắp ráp cho sản xuất khối lượng thấp. Khoảng 44% số người được hỏi cho biết khả năng lặp lại shot-to-shot là thách thức lớn nhất khi sử dụng các phương pháp thủ công này. Điều này không có gì đáng ngạc nhiên, khi xem xét rằng độ lặp lại của quá trình khác nhau giữa các nhà điều hành.

Khả năng lặp lại shot-to-shot trở nên ít thách thức hơn khi các nhà sản xuất sử dụng thiết bị phức tạp hơn để phân phối chất lỏng lắp ráp. Hãy xem xét rằng 37% số người được hỏi cho rằng khả năng lặp lại shot-to-shot là một thách thức khi sử dụng máy phân phối để bàn chạy bằng không khí. Ba mươi hai phần trăm người được hỏi sử dụng hệ thống van khí nén cho rằng khả năng lặp lại shot-to-shot là một thách thức và chỉ 26% người được hỏi sử dụng hệ thống phân phối dịch chuyển tích cực cho biết đây là một thách thức.

Mặc dù việc cải thiện sự tinh vi của thiết bị pha chế có thể giải quyết vấn đề về độ lặp lại của shot-to-shot, vì vậy có thể tuân theo một số hướng dẫn đơn giản, chẳng hạn như đảm bảo không có không khí trong chất lỏng. Bọt khí là một trong những thủ phạm hàng đầu làm hỏng tính nhất quán của cặn.

Có nhiều cách để ngăn không khí bám vào làm hỏng tính nhất quán của cặn, bao gồm:

Sử dụng máy ly tâm để lọc không khí khỏi chất lỏng trong thùng ống tiêm trước khi phân phối.

Sử dụng các thành phần chất lượng cao được thiết kế để lọc không khí khi quá trình phân phối diễn ra.

Tuân theo các hướng dẫn về rã đông chất lỏng lắp ráp đông lạnh để ngăn ngừa các khoảng trống đóng băng trong chất lỏng.

Độ chính xác khi bôi keo

Không có gì ngạc nhiên khi nhiều người được hỏi cho biết độ chính xác của shot-to-shot là một thách thức khi sử dụng chai bóp và ống tiêm để bơm chất lỏng hơn so với khi sử dụng máy rút chạy bằng không khí: 41% so với 35%, theo khảo sát năm 2018.

Độ chính xác của phân phối trở nên ít thách thức hơn khi sử dụng hệ thống van khí nén, chẳng hạn như van phân phối màng và kim. Độ chính xác tăng lên khi các nhà sản xuất sử dụng các hệ thống phản lực tiên tiến, chẳng hạn như van phản lực điện khí nén và van phản lực áp điện. Những tiến bộ mới nhất này loại bỏ rào cản giữa tốc độ và độ chính xác khi phân phối chất lỏng lắp ráp.

Những tiến bộ gần đây trong máy rút chạy bằng không khí cũng đang giúp giải quyết thách thức về độ chính xác. Những cải tiến trong phần mềm cho phép các tính năng như khả năng bắn nhiều lần, trong đó người vận hành có thể lập trình máy phân phối để phân phối nhiều cặn chính xác chỉ với một lần nhấn bàn đạp chân. Tính năng này cũng có thể giúp tăng tốc độ sản xuất.

Không khí bị cuốn vào chất lỏng cũng có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của shot-to-shot. Lọc sạch không khí khỏi chất lỏng trước khi sử dụng là chìa khóa để phân phối chính xác và nhất quán.

Bảo trì thiết bị

Bảo trì thiết bị là một thách thức trên diện rộng, bất kể phương pháp phân phối là gì. Đây là cách gây hư hỏng:

46% người trả lời năm 2017 và 45% người trả lời năm 2018 đánh giá đây là thách thức hàng đầu khi sử dụng thiết bị phân phối dịch chuyển tích cực.

39% người trả lời năm 2017 và 33% người trả lời năm 2018 sử dụng hệ thống van khí nén đánh giá đây là một thách thức.

35% người được hỏi năm 2018 đánh giá việc bảo trì thiết bị là một thách thức khi sử dụng hệ thống van phản lực khí nén.

Không có gì ngạc nhiên khi nhiều người được hỏi đánh giá bộ phân phối dịch chuyển tích cực là vấn đề bảo trì nhiều hơn hệ thống van khí nén và van phản lực. Máy phân phối dịch chuyển tích cực, chẳng hạn như máy bơm thể tích, thường có nhiều bộ phận phức tạp hơn, đòi hỏi nhiều thời gian hơn để tháo rời và làm sạch. Mặt tích cực của hệ thống dịch chuyển tích cực là chúng cung cấp khả năng phân phối liên tục, có thể lặp lại bất kể độ nhớt của chất lỏng hoặc sự thay đổi độ nhớt theo thời gian. Đối với nhiều loại ứng dụng, lợi ích vượt trội hơn nhược điểm của việc mất nhiều thời gian hơn để làm sạch.

Những tiến bộ gần đây trong công nghệ pha chế, bao gồm van khí nén và van phản lực áp điện, giúp giảm thời gian bảo trì nhờ thiết kế sản phẩm sáng tạo. Chốt tháo nhanh được tích hợp vào thiết kế van cho phép người vận hành nhanh chóng tháo thân chất lỏng trong khi vẫn giữ van được gắn với hệ thống tự động. Không phải tháo van để làm sạch và đưa nó trở lại bảo dưỡng giúp tiết kiệm đáng kể thời gian bảo trì. Trên thực tế, nếu một nhà sản xuất đã chuẩn bị trước nhiều hơn một thân chất lỏng, thì công tắc có thể liền mạch, giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động để bảo dưỡng xuống chỉ còn vài phút.

Cần sản xuất nhanh hơn

Nhu cầu sản xuất nhanh hơn đã được báo cáo là thách thức hàng đầu đối với các nhà sản xuất sử dụng tăm bông và tăm để bôi chất lỏng lắp ráp. Khoảng 44% người được hỏi năm 2018 bày tỏ đây là thách thức chính của phương pháp pha chế này. Đáng ngạc nhiên là 43% số người được hỏi sử dụng hệ thống tự động đặt trên bàn cho biết nhu cầu sản xuất nhanh hơn là mối quan tâm hàng đầu.

Thông thường, khi yêu cầu năng suất cao hơn, rô bốt pha chế tự động trên mặt bàn sẽ tăng tốc độ sản xuất bằng cách cho phép phân phối nhanh hơn trên một loạt các bộ phận so với từng ứng dụng khi phân phối chất lỏng thủ công bằng tăm hoặc chai bóp.

 

Một lý do mà những người được hỏi có thể cho rằng sản xuất nhanh hơn là một điểm khó khăn của các hệ thống pha chế tự động có thể là do một số nhà sản xuất cố tình thiết kế robot để di chuyển chậm hơn để chúng không yêu cầu được bao bọc trong các hệ thống được bảo vệ an toàn.

Thế hệ rô bốt pha chế trên bàn gần đây nhất đã được thiết kế đặc biệt để có thời gian chu kỳ pha chế nhanh hơn. Những robot mới hơn này có tính năng truyền động bằng vít me thay vì dây curoa, để định vị nhanh hơn, chính xác hơn. Một số mô hình có thể đạt được độ lặp lại vị trí ± 0,003 milimét.

 Tránh lãng phí, đào tạo và cải thiện

Ba thử thách cuối cùng về pha chế là lãng phí chất lỏng, đào tạo người vận hành, làm lại và loại bỏ.

Chất thải lỏng chắc chắn có thể là một thách thức tốn kém, tùy thuộc vào loại chất lỏng được sử dụng trong quá trình lắp ráp. Một cách để giảm lãng phí chất lỏng là sử dụng các thành phần phân phối dùng một lần, chẳng hạn như thùng ống tiêm và piston, được thiết kế để ngăn chặn bất kỳ chất lỏng nào còn sót lại trong thùng sau khi phân phối. Một số thành phần được thiết kế để hoạt động như một hệ thống giảm thiểu chất thải. Ống cấp liệu ngắn hơn giữa bình chứa chất lỏng và van phân phối cũng có thể giúp giảm chất thải. Sử dụng van phân phối được thiết kế với lượng chất lỏng chết bên trong van bằng không cũng có thể giúp đảm bảo rằng tất cả chất lỏng đang được phân phối để có lượng chất thải tối thiểu.

Đào tạo luôn là một thách thức trong bất kỳ quá trình lắp ráp nào, và pha chế cũng không ngoại lệ. Điều này đặc biệt đúng với các hệ thống phản lực tinh vi và rô bốt trên bàn. Một cách để vượt qua thách thức này là làm việc với nhà cung cấp thiết bị pha chế để kiểm tra chất lỏng lắp ráp và ứng dụng tại nhà trên thiết bị trước khi mua. Điều này không chỉ cung cấp xác nhận rằng thiết bị sẽ mang lại kết quả mong muốn mà còn tạo ra các thông số được lập thành văn bản để sử dụng làm hướng dẫn khi thiết lập thiết bị và đào tạo người vận hành.

Các nâng cấp trong phần mềm được sử dụng để lập trình hệ thống pha chế tự động trên bàn cũng có thể giảm đáng kể thời gian đào tạo nhân viên vận hành. Một số nhà cung cấp thiết bị đã đầu tư rất nhiều vào việc phát triển giao diện phần mềm trực quan để đơn giản hóa việc thiết lập và lập trình robot pha chế nhằm giảm yêu cầu đào tạo của người vận hành.

Quy trình pha chế tối ưu có thể đạt được bằng cách sử dụng thiết bị phù hợp và làm việc với đối tác có kinh nghiệm với nhiều lựa chọn công nghệ. Những cải tiến nhỏ, chẳng hạn như đảm bảo chất lỏng không có không khí, cũng có thể hữu ích.