Maszyna Tesseract: druk bezpośredni na obiektach z redukcją kosztów mechanicznych o 40%
Norwalt Automation Group opracował modułową maszynę drukującą Tesseract, opartą na systemie XPlanar firmy Beckhoff, która zastępuje tradycyjne etykiety naklejane drukiem bezpośrednio na opakowaniach. Rozwiązanie eliminuje ograniczenia konwencjonalnych metod etykietowania i pozwala obniżyć koszty mechaniczne maszyny nawet o 30–40%.
Ograniczenia tradycyjnego etykietowania a druk bezpośredni
Konwencjonalne metody etykietowania z użyciem rolek papieru lub folii wiążą się z długimi czasami konfiguracji, częstymi interwencjami manualnymi oraz znaczną ilością odpadów generowanych podczas przestojów i błędów druku. Marki chcące wprowadzać edycje limitowane lub kampanie regionalne były zmuszone do zlecania małych nakładów zewnętrznym zakładom pakowania lub akceptowania wysokich kosztów i długich terminów realizacji. Dodatkowym obciążeniem są koszty magazynowania dużych rolek etykiet, które wymagają klimatyzowanych pomieszczeń i zajmują cenną przestrzeń produkcyjną.
Druk bezpośredni na obiektach zastępuje rolki etykiet tuszem, który nie wymaga specjalnych warunków przechowywania i charakteryzuje się znacznie wyższą wydajnością materiałową. Koncepcja maszyny Tesseract zrodziła się po tym, jak inżynierowie Norwalt zapoznali się z możliwościami systemu XPlanar podczas jego demonstracji – szkic koncepcji powstał jeszcze podczas tego spotkania.
Architektura systemu: XPlanar i sześć stopni swobody
Sercem maszyny Tesseract jest inteligentny system transportowy XPlanar firmy Beckhoff, w którym magnetycznie unoszące się elementy ruchome pozycjonują transportowane obiekty z sześcioma stopniami swobody. Elementy te mogą obracać pojemniki o 360°, przemieszczać je w osiach X i Y oraz regulować wysokość w osi Z do 5 mm. Dzięki temu pojedynczy moduł drukujący może obsłużyć szerokie spektrum geometrii opakowań – w tym kształty stożkowe i nieregularne – bez konieczności stosowania rozbudowanych mechanicznych uchwytów.
Kluczowym źródłem redukcji kosztów mechanicznych o 30–40% jest właśnie zastąpienie tradycyjnych komponentów mechanicznych i przekładni przez system XPlanar. Funkcje, które w konwencjonalnych maszynach wymagają rozbudowanych układów napędowych i mechanizmów przeniesienia ruchu, są tu realizowane przez magnetycznie sterowane elementy ruchome, co bezpośrednio upraszcza konstrukcję maszyny i zmniejsza liczbę podzespołów.
Maszyna działa na bazie wbudowanego komputera przemysłowego CX2062. Profile ruchu są sterowane programowo, więc zmiana trajektorii z kołowej na liniową lub modyfikacja punktów zatrzymania odbywa się z poziomu interfejsu HMI. Do precyzyjnego pozycjonowania głowic drukujących i osi liniowych służą terminale serwonapędów ELM7212 oraz serwosilniki AM8100, połączone w sieć za pośrednictwem EtherCAT. Komunikacja EtherCAT zapewnia deterministyczną, niskolatencyjną synchronizację całego systemu, a wbudowane narzędzia diagnostyczne umożliwiają szybką identyfikację wszystkich urządzeń w sieci i lokalizację problemów kablowych, skracając czas uruchamiania i diagnostyki z dni do minut. Bezpieczeństwo maszyny realizowane jest przez moduły TwinSAFE I/O z protokołem Safety over EtherCAT (FSoE).
Modułowa budowa systemu XPlanar pozwala skalować wydajność przez dołączanie kolejnych płytek (tiles) bez konieczności gruntownej przebudowy maszyny. Norwalt zweryfikował tę koncepcję, rozpoczynając testy od układu 3×3 płytek z jedną głowicą drukującą, a następnie rozszerzając konfigurację stosownie do potrzeb.
TwinCAT jako zunifikowane środowisko programistyczne
Oprogramowanie TwinCAT firmy Beckhoff pełni rolę jednego środowiska programistycznego obejmującego sterowanie XPlanar, sterownik PLC, zarządzanie ruchem, interfejs HMI, bezpieczeństwo maszyny oraz zadania komputerowe wyższego poziomu. Interfejs HMI z maszyną stanu PackML jest wyświetlany na panelach wielodotykowych serii CP22xx oraz panelowych komputerach przemysłowych serii CP3xxx.
Inżynierowie Norwalt wykorzystali możliwości programowania strukturalnego i obiektowego (OOP) w TwinCAT do budowy modułowych, wielokrotnego użytku bloków funkcyjnych i standardowych profili ruchu. Tekstowy charakter środowiska umożliwił wdrożenie standardowych praktyk kontroli wersji oprogramowania – gałęzi, zatwierdzeń i scalań – co przyspieszyło cykl wytwarzania i uprościło wycofywanie zmian. Prace, które wcześniej wymagały wielu godzin ręcznej konfiguracji, są teraz realizowane w ciągu minut.
Wyniki wdrożenia
Zastosowanie systemu XPlanar w maszynie Tesseract przełożyło się na redukcję kosztów mechanicznych maszyny o 30–40%, co odpowiada oszczędnościom rzędu setek tysięcy dolarów. Mniejsza liczba podzespołów mechanicznych oznacza mniejszy gabaryt maszyny, mniejsze zapotrzebowanie na powierzchnię produkcyjną oraz niższe ryzyko awarii. W przypadku usterek, które mimo to wystąpią, 95% napraw można przeprowadzić zdalnie, ponieważ zdecydowana większość problemów ma charakter programowy, a nie mechaniczny.
Pod względem jakości produkcji precyzyjna synchronizacja komunikacji EtherCAT umożliwia wielokrotne nanoszenie warstw koloru z dokładnością rejestracji wymaganą w profesjonalnym etykietowaniu. Druk bezpośredni daje markom możliwość realizacji niestandardowych i regionalnych nakładów na żądanie, bez konieczności utrzymywania zapasów rolek etykiet.
Maszyna Tesseract opracowana przez Norwalt Automation na bazie systemu XPlanar i oprogramowania TwinCAT firmy Beckhoff stanowi kompleksową odpowiedź na ograniczenia tradycyjnego etykietowania w sektorze dóbr konsumenckich. Sześć stopni swobody ruchu elementów unoszonych magnetycznie, programowa zmiana formatów oraz modułowa skalowalność systemu przekładają się na wymierne korzyści ekonomiczne i operacyjne. Redukcja kosztów mechanicznych, zmniejszenie powierzchni produkcyjnej i możliwość zdalnej obsługi usterek potwierdzają praktyczną wartość tego rozwiązania dla producentów poszukujących elastycznej i wydajnej automatyzacji opakowań.
Źródło: Beckhoff
Więcej na www.beckhoff.com
