robot nella produzione di apparecchiature endoscopiche

Un KR AGILUS nella produzione di apparecchiature endoscopiche offre evidenti vantaggi

La KARL STORZ di Widnau, Svizzera, produce dall'estate del 2021 coppe per oculari automatizzate per endoscopi. Da allora, un KR AGILUS sgrava la squadra di parte del lavoro, accelerando la produzione. Una storia di successo svevo-svizzera.

"Avevamo una saldatrice che stava invecchiando e purtroppo non funzionava più in modo molto affidabile": così Sarah Mühleck, direttrice della filiale KARL STORZ di Widnau/Svizzera, descrive il motivo dell'automazione. Era la fine del 2020, e il suo team si è messo alla ricerca di una soluzione efficiente e innovativa. KARL STORZ, fondata nel 1945, è sinonimo di endoscopi, strumenti e dispositivi medici di altissima qualità. Circa 8.300 dipendenti in tutto il mondo sono responsabili dello sviluppo, della produzione, delle vendite e dell’assistenza per i 15.000 prodotti. La sede dell'azienda è a Tuttlingen nel Württemberg, e la produzione avviene anche negli USA, in Estonia e in Svizzera. Non lontano dal Lago di Costanza, a Widnau, si producono componenti ottici per endoscopi come gli oculari, che permettono una visione all'interno del corpo e quindi devono essere sigillati in modo estremamente ermetico ed essere facilmente igienizzabili.

Pick&Place: un KR AGILUS fa parte della produzione di endoscopi a Widnau. Inserisce i pezzi grezzi e rimuove i pezzi finiti © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Dal monotono lavoro manuale al sistema di saldatura laser

Il processo specifico che richiedeva il nuovo sistema di saldatura consisteva nell'unire un manicotto di acciaio inossidabile al vetro di copertura incastonato in un anello di acciaio inossidabile. Entrambi fanno parte della cosiddetta coppa per oculare dell'endoscopio. Questo permette al chirurgo di avere una visione senza ostacoli degli organi cavi o delle cavità del corpo durante gli interventi endoscopici. Il lavoro manuale era indispensabile, in questo contesto. I dipendenti hanno messo i componenti nella macchina e li hanno rimossi di nuovo dopo il processo di saldatura – sempre un manicotto e un anello con vetro di copertura da saldare sopra. "Sgraviamo progressivamente i nostri dipendenti di questi compiti monotoni, ripetitivi e stressanti", nota Sarah Mühleck.

Il posizionamento del vetro di copertura sul manicotto richiede destrezza, come il Pick&Place da parte del robot. Un compito ideale per il KR AGILUS © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Primo passo per automatizzare: trovare un sistema di saldatura

Il team di Widnau era specificamente alla ricerca di una soluzione di automazione. Per quanto riguarda il processo di saldatura vero e proprio, il sistema preferito era già stato deciso: l'azienda KARL STORZ aveva già testato per diversi mesi il sistema di saldatura laser 3D TruLaser Station 7000 dell’azienda TRUMPF di Ditzingen, in Svevia, e ne era molto soddisfatta. TRUMPF, fondata nel 1923, riscuote successo a livello internazionale con la sua tecnologia laser e di sistema e ora anche con soluzioni automatizzate. Un focus è sul taglio laser, sulla saldatura laser e sulla marcatura laser.

Il team di KARL STORZ a Widnau si è abituato rapidamente a lavorare con il nuovo sistema di saldatura laser 3D © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Secondo passo: un integratore affidabile

15.000 persone lavorano per TRUMPF, la collaborazione con KARL STORZ si è affermata da quasi 30 anni. Quando si è parlato dell'automazione della TruLaser Station 7000, il team TRUMPF è stato in grado di raccomandare un integratore nelle vicinanze: davvero pratico. L'azienda wbt automation di Gosheim impiega attualmente 18 persone. L'amministratore delegato di wbt, Joachim Burkert, è stato subito conquistato dall'idea di automatizzare parzialmente la produzione di coppe per oculari. "Il nome wbt sta per 'Wir bewegen Teile (Muoviamo i componenti)', quindi eravamo felici di farne parte", dice guardando al passato. "Anche se i requisiti erano impegnativi."

Joachim Burkert, amministratore delegato di wbt automation. La sua azienda preferisce usare i robot KUKA © wbt

Terzo passo: chiarire i dettagli tecnici dell’impianto di saldatura laser

Joachim Burkert specifica: "Abbiamo dovuto ospitare un numero molto grande di pezzi in uno spazio molto piccolo, con un piccolo robot in una cella compatta, posizionarli con precisione nel dispositivo di saldatura e depositarli. Inoltre, abbiamo dovuto coordinare tra di noi come esattamente il robot avrebbe trasportato i pezzi, dato che volevamo afferrare due pezzi con ogni movimento e unirli. "Per circa il 98% dei suoi progetti di automazione, wbt automation utilizza i robot KUKA, riferisce Burkert. "L'accuratezza necessaria per questo richiedeva un robot misurato con precisione, non uno di serie. Abbiamo scelto un KR AGILUS del tipo KR10 R1100, che è stato di nuovo mandato appositamente nel campo di addestramento presso KUKA prima di arrivare da noi". Ora, tra le altre cose, può controllare la posizione dei componenti con i suoi sensori laser e, oltre alla pinza quadrupla, può anche utilizzare un piccolo soffietto a vuoto per posizionare con precisione ogni vetro di copertura.

Una squadra ben consolidata: il KR AGILUS come robot di manipolazione e la TruLaser Station 7000 di TRUMPF per la saldatura laser 3D © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Quarto passo: un matrimonio promettente

La cella robotica è agganciata alla TruLaser Station 7000, ma può essere rimossa e sottoposta a manutenzione in modo flessibile. Il suo magazzino pezzi comprende quattro cassetti che possono contenere un totale di 960 pezzi. Il KR AGILUS li usa per trasportare i componenti alla saldatrice laser – due manicotti e i vetri di copertura posizionati esattamente su di essi per ogni processo di saldatura. Anche le coppe oculari saldate finite sono depositate di nuovo nel magazzino pezzi. Joachim Burkert riferisce che il robot KUKA aveva i migliori requisiti tecnici: "Abbiamo coniugato il collaudato controllo KUKA e il noto pannello di comando con componenti della nostra azienda. Il robot è stato montato su una cella appositamente sviluppata, la MRC flextray. Tramite Profibus, abbiamo stabilito una connessione sicura con il nostro sistema di controllo Siemens, che ci permette di comunicare con il sistema TRUMPF senza alcun problema".

Pick&Place con la pinza speciale progettata da wbt automation. Utilizza un soffietto a vuoto per assicurare il posizionamento dei pezzi grezzi © wbt

Quinto passo: Convincere gli scettici

Wolfgang Karl, che lavora presso KARL STORZ da quarant'anni ed è lo specialista laser dell'azienda, ammette di essere stato scettico all'inizio. "Avevo naturalmente delle domande, durante lo sviluppo. Come fa il robot ad afferrare i pezzi, quanto è sicuro? Cosa succede se la pinza inserisce solo un pezzo a causa di un errore, quando dovrebbe trasportarne due all'esterno? E come facciamo a realizzarlo con il 100% di certezza che non ci saranno problemi? Come risposta, wbt automation ha fornito "una simulazione completa in via preliminare, che abbiamo eseguito con il software di simulazione KUKA.Sim", come descrive Joachim Burkert. Con l'aiuto del gemello digitale, l'integratore è stato in grado di "mostrare l'intero prodotto anche prima che ci fosse l'hardware", dice Burkert. "Questo ha chiarito i miei dubbi", sottolinea Wolfgang Karl.

Wolfgang Karl è l'esperto di tutti i processi laser alla KARL STORZ © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Sesto passo: Fornire alta qualità nella vita di tutti i giorni

In combinazione con il laser giusto – in questo caso un TruFiber 500 a fibre con 500 watt – è iniziata la produzione automatizzata. Infine, bisognava convincere solo i dipendenti, che ora non dovevano più caricare e scaricare una saldatrice, ma invece, tra le altre cose, riempire i cassetti, far funzionare il robot e assumere il controllo della qualità. Sarah Mühleck riferisce: "Nessuno è stato licenziato, piuttosto siamo stati in grado di compensare un pensionamento con l'automazione. Ma alcuni dipendenti avevano dubbi sul fatto di essere all'altezza della nuova tecnologia". L'azienda wbt ha formato i dipendenti KARL STORZ sia a Tuttlingen che a Widnau e ha sgomberato il campo dalle incertezze.

Sistema flessibile per la saldatura laser 3D: il robot può essere disconnesso rapidamente dal sistema laser in qualsiasi momento © Stefan Hobmaier, TRUMPF

"Le saldature sono molto, molto buone"

Il bilancio di Sarah Mühleck dopo poco più di sei mesi: "Ogni dipendente può utilizzare il robot e questa stazione è anche particolarmente popolare nel nostro sistema rotante". Sei mesi dopo la prima riunione di tutte le parti interessate, la TruLaser Station 7000 con la cella robotica KR AGILUS è entrata in servizio a Widnau. Con un successo misurabile: per il carico e lo scarico, che richiedono una media di dieci secondi nel lavoro manuale, al robot bastano due secondi. Ma soprattutto, secondo Sarah Mühleck: "La qualità è convincente. Le saldature sono davvero molto buone. E il sistema è affidabile, non cade niente".

Sarah Mühleck durante il controllo qualità: La coppa per oculare può essere utilizzata solo quando il vetro di copertura e il manicotto sono perfettamente saldati © Stefan Hobmaier, TRUMPF

In conclusione: un faro nell’automazione

Anche il dott. Axel Frey, Product Manager di TRUMPF, è impressionato da questo progetto di automazione. "Mettere e togliere pezzi in/da un sistema di saldatura laser, e farlo con la massima affidabilità di processo: un dipendente può farlo, ma in primo luogo non a questa velocità e in secondo luogo non al 100 per cento in modo costante. Ma il processo deve essere costante 24/7 e la qualità deve rimanere alta”. Con la TruLaser Station 7000 di Widnau questo è possibile. E in aggiunta: "Il progetto ha ricevuto un feedback molto positivo anche dai tecnici sanitari statunitensi ai quali l'ho presentato. Questa automazione è un progetto faro da numerosi punti di vista".

Pick - Place - Salda! L’impianto di saldatura laser offre la massima qualità per l'endoscopia © Stefan Hobmaier, TRUMPF

Ogni dipendente può utilizzare il robot KUKA e questa stazione è anche particolarmente apprezzata nel nostro sistema rotante.

Sarah Mühleck, direttrice di filiale KARL STORZ Widnau

Aperti a ogni nuova sfida

Per Joachim Burkert, il fatto che il sistema di saldatura laser e il robot possano essere rapidamente separati in qualsiasi momento rende la soluzione particolarmente promettente per il futuro. "Se tra cinque anni KARL STORZ avrà un compito diverso per il robot, i dipendenti potranno sganciare la cella in meno di un minuto e assegnare al KR AGILUS il nuovo compito. Oppure si potranno assegnare due laser diversi a un KR AGILUS: durante il giorno lavorerà con il laser uno, di notte con il laser due". Al momento, però, nessuno alla KARL STORZ di Widnau vuole cambiare qualcosa. Tutti sono soddisfatti del modo in cui le persone, le macchine e il robot KUKA svolgono il loro lavoro. "È stata davvero una collaborazione positiva", riassume Sarah Mühleck, direttrice di filiale. Verrebbe voglia di ripetere l'esperienza".