Mikrotehtaat - Uusi teknologia pienten robottien valmistamiseen

Transkriptio

1 1 Sosiaalinen robotiikka Tulevaisuuden teknologiaa ihmisten avuksi Mikrotehtaat - Uusi teknologia pienten robottien valmistamiseen Riku Heikkilä Tampereen teknillinen yliopisto Tuotantotekniikan laitos

2 2 Mikro- ja desktop-tehtaat? Miniatyrisoituja tuotantojärjestelmiä Ei välttämättä mikrotarkkuuden tai kokoluokan prosesseja Desktop-laitteisto on: Pieni kooltaan Sijoitettavissa esim. työpöydälle Kevyt Siirreltävissä ihmisvoimin ilman nostureita, pumppukärryjä tms. Integroitu Ohjaus- ja apujärjestelmät ovat samassa kokonaisuudessa

3 Motivaatio: Mikro- ja desktop tuotantolaitteiden edut 3 Tuotantokustannukset Säästöt tilassa, investoinneissa, energiassa ja resursseissa Erityisesti puhdastilaprosesseissa Tuotantojärjestelmien elinkaari Uudelleen konfiguroitavuus ja uudelleen käytettävyys Layout muutokset Lyhyemmät ramp-up-ajat Liikuteltavuus Tuotannon helppo siirtäminen lähemmäs asiakasta Tuotantoketjun kannalta parhaaseen sijaintiin Valmistus kaikkialla (Ubiquitous manufacturing) Mobiilisti: autossa, laivassa, lentokoneessa Paikan päällä: implantteja sairaalassa, lääkkeitä viidakossa, varaosia taistelukentällä, avaruudessa

4 Mikro- ja desktop-tehdaskehityksen virstanpylväitä 4 Micro lathe (MEL) AMMS (FhG-IPA) Pocket factory (EPFL) TUT Microfactory (TUT) CSEM Microfactory (CSEM) Desktop Minakiro Factory Desktop MC (Takashima Sangyo) JOT Lean Desktop (JOT Automation) Portable Microfactory (MEL/AIST) TOMI Minifactory (TUT) Desktop Factory (Sanyo Seiki) Desktop Factory (Bosch Rexroth) Desktop Rotary Assembly Line (EPFL)

5 TUT Mikrotehdaskonsepti 5 Kehitetty demonstraatio- ja tutkimusalustaksi Perusmoduli Sisältää Työtilan ja oheislaitetilan Puhdastilajärjestelmän Pneumatiikkaventtiilejä, releitä, yms. Rajapinnat Vierekkäisiin moduleihin/syöttölaitteille 22cm Ylös prosessimodulille Helppo liikuteltavuus Hyvä tuote/tehdas tilasuhde Prosessimodulit Liitetään perusmodulin päälle Robotti, konenäkö, laser-skanneri Video 20cm 30cm

6 6 TUT Mikrotehdas-demot

7 Demot: Jousen asennus Pienen jousen (D0,7 mm, L 2,54mm) asennus komponenttikotelon poteroon Laitteet: TUT-mikrotehdas moduli CSEM Pocket Delta - robotti Wisematic Minifeeder- syöttölaite Alipainetarrain Lead frame kuljetin Tulokset: Sykliaika 4 s (1 s) Hinta ( ) Teho 20 W (500 W) Tila 0,03 m 2 (2 m 2 ) Paino 10 kg (1000 kg) Video 25 mm 7 RH

8 Demot: Anturin kokoonpanolinja 8 Kokoonpanosolu 2kpl monitoimi tray-syöttimiä Vastaanotin (kiinteä tarjotin) Säteilijä (paikoitus konenäöllä) Detektorin kääntölaite Kokoonpanojigi H-scara-robottimoduli Ohjainmoduli Syöttölaitemoduli Kuorien syöttölaite Liiman annostelusolu LM-robottimoduli Ojainmoduli kosketusnäytöllä Video

9 9 Kaupalliset desktop-laitteet VHF camfacture, GER Biohit, FIN Asyril, CH Takashima Sangyo JP Wegera, FIN MAG, FIN JOT Automation, FIN

10 10 Esimerkkejä hajautetusta valmistuksesta Valmistus kaupan takahuoneessa Kotivalmistus US Army MPH, liikuteltava varaosatehdas Implanttien valmistus sairaalassa

11 11 Kotivalmistus (Anssi Nurmi, Diplomityö) Harrastajapohjaista Helsinki Hacklab, 100 jäsentä: Vekottimien ja elektroniikan rakentelijoita Yleisimmät prosessit: 3D-tulostus, CNC-jyrsintä Laitteet oltava halpoja: Mitä valmistetaan: Osia joita ei saa kaupasta tai ovat liian kalliita Lastenrattaan osia, blenderin voimansiirto, sälekaihtimen muovinuppeja, laserpiirturin U-frame, työkalukotelo, pulssiohjattu lankarulla. Kriittisen harrastajamassan saavuttaminen Huomion saaminen Markkinoiden syntyminen Tulevaisuus: Käytettävyys, Point and click Materiaalit suppiloon, resepti internetistä.. => valmistus reprap.org

12 12 Valmistus myymälän takahuoneessa (Anssi Nurmi, Diplomityö) Case Verkkokauppa.com Tuotteiden personointi asiakkaan kuvilla Laptopit (>30 ), puhelimet (>10 ), pelikonsolit (>20 ) Keskitetysti yhdessä toimipisteessä Toimitusaika pari päivää kuukautta Prosessit: Laser merkkaus UV-tulostus Teippaus Massakustomointi ei kannata, yksittäisissä parempi hinta Investointi takaisinmaksu Laitteet kalliita, järkevä takaisinmaksuaika vaatii suuren volyymin

13 Point of need manufacturing U.S.Army Mobile Parts Hospital (MPH) (Anssi Nurmi, Diplomityö) Yhdysvaltojen armeijan liikuteltava varaosatehdas 3 tehdasta Irakissa, Afganistanissa ja Kuwaitissa valmistettu yli kriittistä varaosaa Malli vanhasta osasta tai verbaalisesti Valmistusdokumenttien hyväksyttäminen Vain data liikkuu, satelliittidatalinkki Tiedon syntyminen, tallentuminen => tuotekehitys Laitteet: CAD-työasema, jyrsin, sorvi, DMD-laitteisto (direct material deposition), laser levyleikkuri 13 Esimerkki: Apache taisteluhelikopterin rikkoutunut roottorin osa Sen sijaan, että roottori lähetettiin korjattavaksi Yhdysvaltoihin, MPH valmisti osan point of need Ajan säästö 60 päivää => 2 päivää Rahan säästö $

14 Personoitujen implanttien valmistus sairaalassa leikkauksen aikana (Marko Tuominen, Diplomityö) 14 Suuri personoinnin tarve: esim nivelet, kasvojen luut Nopea toimitus: onnettomuuspotilaat Puhtausvaatimukset: suljettu laitteisto Liikutteluvaatimus: laitteiston siirto leikkaussalin läheisyyteen Ajatukselle erittäin myönteinen vastaanotto Haastattelut: kallo-, kasvo- ja käsikirurgit Haasteet: Implanttivalmistajien avainprosessien ulkoistus Viranomaiset: Valmistus tarkoin säädeltyä Prosessien haasteet, esim sterilointi Laitteiston käyttö: Kohteen mallinnus, implantin suunnittelu, valmistusresepti

15 15 Micro- and desktop manufacturing roadmap

16 16

17 Visioita hajautetulle Desktop-valmistukselle 17

18 18

19 19 Micro- and desktop technology roadmap TTY, Tuotantotekniikan laitos

20 20

21 21 Q&A?