1 Sosiaalinen robotiikka Tulevaisuuden teknologiaa ihmisten avuksi Mikrotehtaat - Uusi teknologia pienten robottien valmistamiseen Riku Heikkilä Tampereen teknillinen yliopisto Tuotantotekniikan laitos
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
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
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) 1990 1995 2000 2005 2010 2015 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)
TUT Mikrotehdaskonsepti 5 Kehitetty 2005-2011 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 TUT Mikrotehdas-demot
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 30 000 (150 000 ) Teho 20 W (500 W) Tila 0,03 m 2 (2 m 2 ) Paino 10 kg (1000 kg) Video 25 mm 7 RH
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 Kaupalliset desktop-laitteet VHF camfacture, GER Biohit, FIN Asyril, CH Takashima Sangyo JP Wegera, FIN MAG, FIN JOT Automation, FIN
10 Esimerkkejä hajautetusta valmistuksesta Valmistus kaupan takahuoneessa Kotivalmistus US Army MPH, liikuteltava varaosatehdas Implanttien valmistus sairaalassa
11 Kotivalmistus (Anssi Nurmi, Diplomityö) Harrastajapohjaista Helsinki Hacklab, 100 jäsentä: Vekottimien ja elektroniikan rakentelijoita Yleisimmät prosessit: 3D-tulostus, CNC-jyrsintä Laitteet oltava halpoja: 200-700 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 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
Point of need manufacturing U.S.Army Mobile Parts Hospital (MPH) (Anssi Nurmi, Diplomityö) Yhdysvaltojen armeijan liikuteltava varaosatehdas 3 tehdasta Irakissa, Afganistanissa ja Kuwaitissa 2003-2009 valmistettu yli 100 000 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 $393 000 www.kolibri-cnc.fi
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 Micro- and desktop manufacturing roadmap
16
Visioita hajautetulle Desktop-valmistukselle 17
18
19 Micro- and desktop technology roadmap TTY, Tuotantotekniikan laitos
20
21 Q&A? riku.heikkila@tut.fi www.tut.fi/microfactory