Produzione di trasportatori a stella con stampa 3D e Roboze Bio-based PA

Le ruote stellari nei sistemi di trasporto industriali

I sistemi di trasporto esistono in un'enorme varietà di settori, da quello alimentare e della vendita al dettaglio a quello farmaceutico e delle spedizioni. Una delle principali classi di componenti utilizzate in questi sistemi è quella delle ruote stellari, che servono a orientare e spostare in modo efficiente bottiglie, scatole e altri tipi di oggetti attraverso sistemi di movimentazione meccanica. Queste ruote possono anche essere utilizzate per dividere un flusso in due, con direzioni diverse rispetto a quella iniziale. Un altro uso comune consiste nell'indicizzazione, in cui un numero prestabilito di oggetti può proseguire mentre gli altri vengono trattenuti fino al completamento del processo a valle.

Quali materiali sono impiegati nella produzione delle ruote stellari?

Le ruote stellari sono realizzate con diversi materiali, tra cui metalli come l'acciaio, ma a seconda dei requisiti e del tipo di linea di produzione possono essere prodotte anche con materiali plastici come il polietilene ad altissimo peso molecolare (UHMW), il poliossimetilene (POM) e la poliammide (PA). Le tecniche di fabbricazione tipiche utilizzate per la produzione delle ruote stellari sono la fusione o la lavorazione CNC.

Le ruote di un trasportatore a stella sono disponibili in una grande varietà di forme e dimensioni, a seconda della funzione che devono svolgere, degli oggetti che devono manipolare e della velocità della linea. Devono essere progettate per garantire una manipolazione accurata degli oggetti da movimentare e mantenere la loro integrità in caso di riorientamento o spostamento da una corsia all'altra.

I limiti della produzione tradizionale di ruote stellari

Come già accennato, le ruote stellari sono progettate in base alle esigenze della linea su cui lavorano; inoltre, sono spesso progettate per essere intercambiabili e rimovibili. Quando si lavora su linee di produzione che coinvolgono oggetti con geometrie complesse come le bottiglie, le ruote stellari stesse finiscono con l'avere forme molto complicate.

Le tecniche di produzione tradizionali, come la lavorazione CNC e la fusione, possono avere difficoltà a produrre forme complesse, con un conseguente aumento dei costi; a ciò si aggiungono i bassi volumi di produzione delle ruote stellari, che possono arrivare a poche centinaia all'anno.

Nelle linee di produzione che producono centinaia di oggetti al minuto, le ruote stellari si usurano rapidamente e devono essere sostituite: per questo motivo le aziende ordinano da fornitori esterni una quantità maggiore di quella necessaria, sia per ridurre il costo per ruota, sia per avere i ricambi in magazzino quando servono. Il problema è che lo stoccaggio dei ricambi occupa spazio che potrebbe essere utilizzato per altri scopi, aumentando i costi già elevati.

Le soluzioni di stampa 3D Roboze per la produzione di ruote stellari

Bassi volumi di produzione e geometrie complesse con materiali avanzati sono i punti focali dell'ecosistema di soluzioni di stampa 3D Roboze in continua evoluzione. L'ultima aggiunta al portafoglio di materiali Roboze è una PA a base biologica che è forte (66 MPa di resistenza alla trazione) e ha una bassa igroscopicità (0,8% utilizzando il metodo del contenuto gravimetrico di umidità). Inoltre, è composto da componenti prodotti da risorse rinnovabili e rinforzato con fibre naturali anziché con fibre di carbonio (CF) in poliacrilonitrile (PAN) derivate dal petrolio.

L'inclusione di componenti rinnovabili fa sì che Roboze Bio-based PA abbia un'impronta di carbonio inferiore del 60% rispetto ad altri filamenti analoghi. In combinazione con le eccezionali proprietà meccaniche e igroscopiche, consente applicazioni anche in linee di produzione che trattano fluidi, permettendo alle aziende di raggiungere gli obiettivi di sostenibilità e contribuendo a un futuro più eco-friendly.

Ottimizzazione di un trasportatore a stella in stampa 3D con Roboze Bio-based PA

In questa applicazione, una linea di produzione veniva utilizzata per produrre e confezionare prodotti chimici, alcuni dei quali erano fortemente diluiti con acqua. Le ruote a stella della linea dovevano manipolare contenitori di fluido a forma di bottiglia, spostandoli da un trasportatore a quello adiacente. Il componente originale era stato ricavato da materiale plastico mediante lavorazione meccanica, ottenendo una ruota pesante che non poteva essere ottimizzata per la manipolazione delle bottiglie a causa delle limitazioni della produzione tradizionale.

Le modifiche alla linea di produzione avrebbero richiesto cambiamenti alle ruote stellari, rendendo necessario l’ordinazione di nuovi prodotti in grandi lotti per abbassare il costo per parte. Le parti in più dovevano essere immagazzinate e avrebbero occupato spazio nel magazzino.

La ruota a stella stampata 3D, mostrata qui sotto, è stata invece ottimizzata per la linea di produzione grazie alla libertà di progettazione della manifattura additiva. La presenza di sostanze chimiche e di acqua non è stata un problema per Roboze Bio-based PA grazie alla matrice di nylon e al basso tasso di assorbimento dell'acqua, che le conferiscono proprietà quali:

• ampia compatibilità chimica;
• resistenza all'usura;
• autolubrificazione;
• mantenimento delle proprietà meccaniche delle parti anche in caso di fuoriuscita.

Riducendo il riempimento, la ruota è stata resa non solo più leggera ma anche più flessibile rispetto al materiale con il 100% di riempimento, rendendola più delicata sui contenitori ma anche in grado di flettersi leggermente e quindi di afferrarli meglio. Per alleggerire ulteriormente la ruota, sono stati inseriti anche dei fori supplementari: con la lavorazione CNC il materiale rimosso sarebbe andato sprecato.

Disponendo di un modello digitale della ruota e di una stampante interna, l’azienda è stata in grado di stampare la parte on demand e just-in-time, senza dover ordinare e immagazzinare i ricambi. Inoltre, le modifiche alle ruote stellari sono state facilmente implementate quando la linea è cambiata, consentendo all’azienda di ottimizzare le linee di produzione per i prodotti invece di aggirare i limiti della produzione di ruote stellari.