Prototípust könnyen, gyorsan

Írta: Szenti Alexandra,a Vinyl Grafik Studio munkatársa

Az egyedi és kissorozatú gyártás területén a hagyományos gyártástechnológiák olyan költségekkel járnak, hogy a gyártó csak a megrendelő számára túl magas áron tud megoldásokat kínálni. Azonban a felgyorsult piaci helyzet és a változó vevői igények miatt ez egy olyan terület, mely számos lehetőséget hordoz magában, hiszen a perszonalizált termékek iránt a kereslet rendkívül magas. Ahhoz azonban, hogy a megrendelő elégedett legyen a termékkel és az árral is, a gyártónak olyan gyártó rendszert érdemes használnia, ami kifejezetten a kisszériás igényekhez alkalmazkodik. A kisszériás gyártás Európában egyre inkább utat tör magának, ahogy a tömeggyártás helyszíne Ázsiába helyeződik át.

A globalizáció következtében a tömeggyártás egy jelentős része Ázsiába került át. A következő években is az ázsiai országok, főként Kína erősödésére számíthatunk.  Számos területen, így a műanyagipar területén is az európai gyártás visszaesését prognosztizálják. Buchholz szerint a helyi kapacitások leépítése közös vállalatok létrehozásával vagy ázsiai vállalatokkal való együttműködéssel lehetséges a következő időszakban [1].

Az európai gyártás pozíciójának megőrzését és a gyártórendszerek fejlesztését tűzte ki célul a Manufuture nemzetközi kezdeményezés, amely az EU tagországokban lokálisan vizsgálva a termelést, de együttműködve egymással igyekeznek megoldást találni a fellépő problémákra. Ahogy a magyar Manufuture-HU kutatása is bemutatja, Európa számára egyre nehezebb versenyben maradni azokon a területeken, amelyeken a gyártási költségek jelentős részét a munkaerő költségei teszik ki. Bár az európai gyártók jelentős előmenetelt képesek tanúsítani a gyártási folyamatok versenyképességének javítása területén, a versenyképes árak, minőség és szállítás önmagában nem fog életképes megoldást biztosítani [2]. Különösen igaz ez az általános és speciális célú gyártás esetén, hisz ezeken a területeken a közepesen magas részarányú anyag- és szerszámköltség meglepően magas munkabér és viszonylag magas üzemi költségekkel párosul [3]. Ezekből az adatokból azt a következtetést vonhatjuk le, hogy ezeket a területeket kimagaslóan veszélyeztetik az alacsonyabb munkaerő költséggel rendelkező országok.

A fenti testület rámutat arra is, hogy az Európában gyártandó termékek magas érték-hozzáadásos termék/szolgáltatásoknak kell lenniük, valamint, hogy a gyártóknak új piaci modellekben kell gondolkodniuk [2-3]. Fontos, hogy a gyártók felismerjék, hogy egy új technológia nem feltétlenül múlja felül teljesítőképességben a régit, amelyet kiváltani született. Ám lehet, hogy nem is kiváltani született azt, előfordulhat, hogy az azonos funkciót eltérő minőségben kínál a vevőnek. Ez a differenciálódás nem mindig az önköltségi árban nyilvánul meg, az eltérő funkcionális tartalom eltérő piaci szegmenseket célozhat meg [4].

Az ázsiai országok rohamos fejlődésének köszönhetően a gyártási kapacitásuk növekedését is várhatjuk. Emiatt az európai gyártóknak olyan lépésben kell gondolkodniuk, melyet az ázsiai országok még nem tudnak követni. Ilyen lépés lehet az egyedi és kissorozatú gyártás felé nyitás. Az egyedi és kisszériás termelés során fontos tényező, hogy a megrendelő a termék mellé bizonyos mértékű szolgáltatást is elvár, valamint, hogy a termék gyártása térben és időben erős korlátok közé szorul. A hagyományos tervezési és gyártási folyamatokkal azonban nehéz olyan gyártástechnológiát kivitelezni, ami költséghatékonynak bizonyul mind a gyártó, mind a megrendelő számára.

A továbbiakban azonban egy olyan nyílt gyártó rendszert mutatunk be, mely adaptívan illeszthető be számos ipari folyamatba, és kiszolgálja az egyedi igényeket. A digitális gyár a hagyományos technológiákhoz képest időt és költséget takarít meg a gyártónak, így az könnyen nyithat a kisszériás szegmens felé.

A kisszériás gyártás gyakorlati alkalmazását egy valós, élelmiszeripari példán kerül bemutatásra. A megrendelő egyedi formájú csokoládét rendelt a gyártótól. A tervezési folyamat során egy CAD programban készült el a termék 3D testmodellje. A termék prototípusát egy, az ipari méreteknél kisebb munkaterületű, ún. benchtop marógéppel készült el. A marógép érdekessége, hogy asztali méretű, kifejezetten kisméretű alkalmazásokhoz lett kifejlesztve. A marógép Subtractive Rapid Prototyping-ot (SRP) vagyis forgácsolással történő gyors prototípusgyártást valósít meg, hiszen egy tömb anyagból forgácsolja ki a megtervezett geometriát. A prototípus jelen esetben öntött polimetilmetakrilát (PMMA) táblából készült, mely nagy fordulatszámon és kis előtolási sebességgel jól forgácsolható.

Az anyagválasztást az is befolyásolta, hogy az anyag milyen mértékben hőálló, hiszen a prototípust nem csak bemutató darabnak, hanem vákuumformázó szerszámnak is felhasználtuk a gyártás során. A PMMA formák segítségével polivinilklorid (PVC) fóliából vákuum-formázással öntőformákat alakítottunk ki. A kész öntőformákba csokoládégyártó üzemben került a csokoládé, amelyeket egyenként víztiszta BOPP fólia tasakokba helyeztek.

A gyártás folyamatával párhuzamosan a megrendelő a termék megjelenésével kapcsolatban is elfogadta a terveket. A termék csomagolására négy különböző változat készült, ezen tervek közül a megrendelő mindegyiket elfogadta. Lényeges szempont, hogy ez a megrendelő számára kisszériás megrendelés esetén csak a tervezési költségben szerepel külön költségként, mert a gyártás költségeit a különböző verziók kivitelezése nem változtatja meg. Ugyanez igaz abban az esetben is, ha minden egyes csomagolást egyedivé kívánunk tenni sorszámozás vagy kódokkal való ellátás segítségével. Az ilyen speciális, hozzáadott értékű szolgáltatáshoz nem szükséges külön berendezés vagy többletmunka, a kivitelezési költség sem változik, csupán a megrendelőnek kínál egy olyan hozzáadott értéket, amivel terméke még egyedibb és különlegesebb lehet. A digitális nyomtatás egy olyan technológia, mely kisszériás gyártás esetén könnyen perszonalizálható a megrendelő igényeihez, és jelentősen költséghatékonyabb, mint a hagyományos ofszet technológia.

A tervezés egy grafikai program segítségével valósult meg, majd a csomagolás professzionális nagyformátumú vágó-nyomtató gépen készült el. A digitális nyomtató tekercses formátumú anyagra nyomtat, melynek anyaga lehet papír- vagy műanyagalapú, erre a piezo-inkjet nyomtatófej tintasugaras formában viszi fel a festéket. A nyomtatási folyamat után a gép automatikusan méretpontosan körbevágja a csomagolást. A kész darabokat az utómunka során biegelik – vagyis a könnyebb hajthatóság érdekében az élek mentén megnyomják – és hajtogatják. A kész csokoládédobozba a terméket egyesével helyezték el.

A csomagolás egy öntapadós, középen perforált fóliával kerül lezárásra, mely a doboz nyitásakor elszakad, így a vásárló könnyedén ellenőrizheti a doboz sértetlenségét. Az öntapadós címke is a korábban említett digitális nyomtató-vágó géppel készült.

A digitális nyomtatókat korábban döntően a reklámiparban használták, ám az utóbbi időben egyre többen figyelnek fel rájuk a hagyományos, ofszet nyomda területéről is. Ezek a nyomtatók ma már rendelkeznek olyan tanúsítványokkal, amelyekkel beilleszthetővé válnak a szabványos nyomdai folyamatokba is. Az ofszet nyomdán kívül a csomagolástechnikában is remekül alkalmazhatóak, hiszen közel ugyanazokkal az eljárásokkal kell tervezni és kivitelezni a csomagolást, mint amiket már ismernek és használnak ezen a területen.

 

 

 

A bemutatott eseten kívül számos alkalmazási terület létezik, ahol a fenti gyártó rendszert részben vagy egészében alkalmazhatjuk. A csomagolóiparban megjelent a Packaging Prototyping fogalma, vagyis a csomagolás prototípusgyártás. Ez a terület azzal a céllal jött létre, hogy a megrendelő illetve a vásárló számára a végtermékkel megegyező külsejű prototípust készítsen, ezzel prezentációs elemként segítve a tervezési folyamatot. Ilyen esetekben remekül alkalmazhatóak a Roland digitális nyomtatói, melyek képesek megjeleníteni a metál színeket, valamint tudnak fehéret és lakkréteget is nyomtatni szinte bármilyen anyagra. Míg a korábban említett digitális nyomtató tekercses anyagra nyomtat, az UV-technológia segítségével akár merev anyagra, táblára is tud nyomtatni. A speciális UV-nyomtatók képesek lakk réteg nyomtatására is, így domború, vagy texturált felületet is létrehozhatunk. A nyomtatók képesek színhelyes nyomatok előállítására, így a csomagolási proofok elkészítésére is. A nyomtatók alkalmasak továbbá a kisszériás csomagolások gyártására is.

Az élelmiszeripar területén az SRP eszközöket, mint amilyenek a munkafolyamat során használt marógép is, öntőformák létrehozásához alkalmazhatjuk. A cukor- és édesiparban gombamód szaporodó kisebb üzemek számára megtérülő befektetés lehet egy ilyen berendezés, mert az egyedi formák előállítása házon belül így idő- és költséghatékony.  A digitális nyomtatókat pedig a csomagolás gyártásához használhatjuk fel, akár mindegyik terméknek egyedi külsőt kölcsönözve.

A műanyagiparban számos lehetőség adódik, egy középkategóriás marógéppel alumíniumot is megmunkálhatunk, így kialakíthatunk fröccsöntő szerszámokat kisszériás fröccsöntéshez. Egy induló kategóriás marógéppel egyedi alkatrészgyártás is kivitelezhető forgácsolható műszaki műanyagokból, mint például a teflon (PTFE), a polikarbonát (PC) vagy a plexi (PMMA). Nagy sűrűségű PUR habból pedig szerszámot készíthetünk különböző kompozit technológiákhoz, mint például a kézi laminálás. Különlegesebb alapanyagokból, mint a speciálisan alumínium porral töltött PUR hab, remek hőállóságának köszönhetően vákuumformázó szerszámot vagy présszerszámot is marhatunk.

A gépipar területén a marógépek alkalmasak gyors prototípusgyártásra, valamint egyedi alkatrészgyártásra is. A digitális UV-nyomtató segítségével pedig dekorációs elemeket illetve márkajelzést gyártatunk a termékre, valamint a technikai paramétereket illetve gyári számot jelző adattáblákat is elkészíthetjük.

Az orvostechnikában a gyors prototípusgyártó gépek remekül alkalmazhatók orvosi eszközök gyártására vagy a gyártástechnológiához szükséges elemek kivitelezésére. A marógépek továbbá alkalmasak lehetnek implantátumok készítésére, vagy az orvosi implantátumgyártáshoz présszerszámot készíthetünk velük.

A könnyűiparban az alkalmazási területek közül a nyomdaipart érdemes kiemelni. A Roland digitális nyomtatóival nyomdai proofok készíthetők, de alkalmasak kis szériás gyártás folyamatok megvalósítására is. A textiliparban is alkalmazhatóak a digitális nyomtatók, a szublimációs technológia segítségével a textilek egyedi mintázattal vagy grafikával láthatóak el, amik több mosás után sem távoznak az anyagból.

A bemutatott gyártási folyamat azt hivatott szemléltetni, hogy már elérhetőek a piacon olyan rendszerek, melyekkel bármely gyártó beléphet a kisszériás gyártás szegmensébe. Az egyedi igényekhez illeszkedő gyártás, az adaptív gyártó rendszer a jövőben elengedhetetlen feltétel lesz a versenyképességhez. A digitális technológiának köszönhetően már idő- és költséghatékony alternatívát kínál az egyedi gyártásra is, szemben a hagyományos folyamatokkal. A legújabb technológiák alkalmazása azonban nem elegendő a piacvezetés megszerzéséhez, a gondolkodásmód megreformálása éppoly fontos tényező. A mérnök feladata pedig kiemelkedő fontosságú a gyártást érintő fejlesztések terén, hiszen nem csak a legfrissebb technikai vívmányokat kell adaptálnia, hanem a piaci helyzetnek is megfelelően kell döntenie. Bár a jövőbelátás képességét nem várhatják tőle, mégis előretekintően kell gondolkoznia és döntenie, felismerve az olyan innovatív lehetőségeket, melyek piaci előnyhöz juttatják a vállalatot.

Forrás:

[1] Buchholz, K.: A világ műanyagipara az évtized fordulóján, Műnyag és gumi, 2011/1, Budapest
[2] Stratégiai kutatás-fejlesztési terv, készítette a Manufuture-HU Nemzeti Technológiai Platform „GTENTP08” Szakmai Tanácsadó Testülete, 01-10./2009
[3] A „Jövő Gyára” Magyarországon, készítette a Manufuture-HU Nemzeti Technológiai Platform „GTENTP08” Szakmai Tanácsadó Testülete, 01-10./2010
[4] Harasztosi, Zs.: Technológiai stratégia, technológiai térkép, Minőség és Megbízhatóság, 2009/3,  Budapest

 

A fent leírt munkafolyamatot a Vinyl Grafik Studio végezte el.
A munkafolyamatban felhasznált gépeik:
Margógép: Roland MDX-40A
Digitális nyomtató és vágó gép: Roland VS-540

A Vinyl Grafik Studio részt vesz 2011. május 17-20 között a Mach-Tech 10. Nemzetközi gépgyártás-technológiai és hegesztéstechnikai szakkiállításon, megtalálhatóak az A pavilon 303/C standjánál.