Manipulación de piezas en salas blancas

GHS Automation AG es una empresa suiza especializada en la automatización de procesos y representada en España por Alboex. En este artículo nos hacemos eco de una aplicación en el moldeo por inyección de una pieza para el sector de la medicina, donde el papel de la automatización es muy relevante.

Fig. 1 Configuración del equipo con descripción de las distintas estaciones

Esta planta de producción totalmente automatizada, sobre la que informa este artículo, sirve para fabricar anillos de sujeción de membranas para usos médicos. Las piezas se producen, revisan y embalan conforme a unas estrictas condiciones de sala blanca. Un robot multifuncional y un sistema de agarre son los dos elementos más importantes.

La fabricación en salas blancas plantea un reto fundamental: cuando las piezas que se van a producir son de plástico y están destinadas a usos médicos, las exigencias son mucho más estrictas. Un ejemplo es la planta de producción totalmente automatizada que se describe a continuación, en la que se lleva a cabo un triple proceso: fabricación de los anillos de sujeción de membranas mediante moldeo por inyección, control de calidad y embalado.

La empresa ordenante y promotora del proyecto ha sido Gemü GmbH (Rotkreuz, Suiza), mientras que el equipo de producción ha sido diseñado y fabricado por GUS Automation AG (antes Geiger Handling Systems GmbH, ver el cuadro de información), que también ha sido el contratista general. Esta empresa está especializada en el diseño de máquinas totalmente automatizadas para la producción de piezas de plástico; GUS Automation AG elabora proyectos de muy diversas clases a partir de sus propios sistemas y componentes, entre los que se incluyen: maquinaria para corte de rebabas, robots lineales, y robots industriales de 6 ejes con suministro externo. Dependiendo de cómo estén integradas las máquinas de moldeo por inyección o de termoconformado y según la disposición de los equipos periféricos (flujo de materiales), estas máquinas pueden funcionar sin interrupción. El diseño de la máquina se vio dificultado por el hecho de que los anillos de sujeción de membranas debían producirse, retirarse y embalarse en condiciones de sala blanca.

Para que todas las fases del proceso -desde la producción y manipulación hasta la salida de los productos ya embalados- pudieran llevarse a cabo conforme a las condiciones exigidas, se han dispuesto dos salas blancas. En primer lugar, la zona en la que se ubica la máquina Demag Ergotech 80/420, suministrada por el cliente, que debía adaptarse conforme a los requisitos de clase 6 de la norma ISO 14644-1. Esta zona también se utiliza para la manipulación de las piezas y de los envases. Por otro lado, se creó una sala blanca clase 7 destinada a las siguientes tareas: carga de los envases metalizados vacíos en el depósito, almacenamiento de los anillos de membrana ya embalados en los envases metalizados y almacenamiento de las piezas sobrantes.

La planta está equipada con cajones portadores que actúan como medio de interconexión entre la sala blanca de clase 6 (máquina de moldeo por inyección y manipulación del robot) y la sala blanca de clase 7. Gracias a este elemento, no es necesario que nadie entre en las salas blancas durante la producción. La línea de producción está tan automatizada que sólo es necesario que entre personal para las operaciones de mantenimiento programado o si se registra algún fallo.

El elemento principal de la unidad de producción de anillos de sujeción de membranas es el robot industrial de 6 ejes, que se ocupa de todas las operaciones, desde la manipulación, distribución y embalaje hasta la transferencia de las piezas a las cajas correspondientes. Con el fin de mantener las condiciones de sala blanca, se eligió un robot Stäubli RX130, al que se equipó con un sistema de agarre multifuncional diseñado y fabricado por GHS Automation. El resto de los componentes de la línea de producción son:

• Máquina de moldeo por inyección Demag Ergotech 80/420, versión para sala blanca;

• Máquina de moldeo por inyección de una sola cavidad, que puede ajustarse para crear tres tipos distintos de anillos;

• Soporte base para la colocación del depósito deslizante (para los envases metálicos vacíos), cajón portador para el almacenamiento de los anillos ya embalados y cajón portador para el almacenamiento de los elementos sobrantes;

• Estación para el llenado de los envases; y

• Estación para el cierre (soldado) de los envases.

Fig. 2 La estación 1 sirve para suministrar y separar los envases metalizados

El robot multifuncional y el sistema de agarre llevan a cabo las funciones más importantes de la planta. La manipulación y flujo del material comienzan en la estación 1: una unidad de izado de accionamiento eléctrico separa y toma los envases metalizados del depósito. Los envases se cargan en el depósito en la antecámara (sala blanca de clase 7), que luego se transfiere a una sala blanca clase 6 a través de un módulo deslizante.

Desde aquí, mediante el dispositivo de agarre por vacío del robot, el envase se transfiere a la estación 2 de provisión de embalajes, donde se sostiene e inmoviliza a través de ventosas. Para abrir el envase, el robot atraviesa el dispositivo de agarre por vacío: desde arriba, se introduce una tolva en la bolsa abierta (estación 4). Al mismo tiempo, mediante el sistema de agarre, el robot toma del molde de inyección un anillo terminado, junto con su bebedero (estación 5). El robot expulsa el bebedero a un contenedor situado debajo del molde y pasa por la parte superior de la tolva con el anillo de sujeción de membranas.

Una vez introducida la pieza moldeada en el envase metálico, mediante el dispositivo de agarre por vacío el paquete se transporta hasta la estación de soldado (estación 5), donde los envases se sellan de forma continua. A continuación, el robot transporta el envase sellado hasta el cajón de almacenamiento de piezas acabadas (estación 6) y lo deposita de acuerdo con un patrón de disposición en pallets.

• La duración del ciclo

• El tiempo de inyección

• El tiempo de medición

• Elespacio de alimentación

• El cojín de masa

• La temperatura del molde o

• La presión específica de inyección

Superan los límites de tolerancia, la máquina de moldeo por inyección o el propio molde envían una señal al robot al principio del ciclo. En estos casos, inmediatamente después de retirar la pieza, el robot se desplaza hasta el cajón de piezas de desecho (estación 7) y deposita allí la pieza defectuosa. Tanto el cajón de piezas acabadas como el cajón de piezas de desecho pueden transportarse manualmente; para ello, los módulos son desplazados desde la sala blanca clase 6 al sector de sala blanca clase 7, al que puede acceder personal autorizado y descargar los depósitos.

Fig. 3 El robot Stäubli RX 130 ha sido equipado con el sistema de agarre multifuncional de GSH Automation

Fig. 4 Interior de la estación 4: los productos se introducen en los envases metálicos mediante una tolva

Fig. 5 Estación de soldado para el cierre continuo de los envases llenos (estación 6)

La automatización de esta planta destinada a la producción de anillos de sujeción de membranas en condiciones de sala blanca ha supuesto la creación de un sistema altamente eficiente de producción, revisión y embalaje, capaz de llevar a cabo procesos de producción de forma totalmente autónoma en un periodo de 80 minutos. La duración del ciclo es de 40 segundos por pieza (material: PVDF) y el tiempo de intervención para retirar las piezas y eliminar los bebederos es de tan sólo 3,5 segundos. Así pues, a pesar de utilizar un complejo sistema multifuncional de agarre, el robot es capaz de retirar las piezas y eliminar los bebederos a altas velocidades, disponiendo así de más tiempo para el resto de las tareas.

Debido al peso del sistema de agarre, los movimientos dinámicos y las diversas estaciones a las que debe llegar, separadas por la distancia correspondiente, se eligió un robot grande que pudiera realizar todas estas tareas de forma reproducible. Por otra parte, gracias al alto nivel de integración funcional, la línea de producción ha podido automatizarse con un número de componentes relativamente bajo. Esto garantiza a su vez un alto nivel de disponibilidad y estabilidad de proceso.