فوم سرد یا فوم پلی‌اورتان یکی از پرکاربردترین مواد در صنایع ساخت نشیمن مبلمان منزل، صندلی راحتی، تشک و بالش و همینطور صندلی خودروها است.این ماده به دلیل نرمی، دوام بالا، جذب لرزش و امکان قالب‌گیری با دقت بالا، جایگزینی مناسب برای اسفنج‌های قدیمی و فوم‌های گرم به حساب می‌آید.
با پیشرفت اتوماسیون صنعتی، استفاده از ربات‌های صنعتی برای تزریق، پر کردن و قالب‌گیری فوم‌های سرد به صورت خودکار، به شدت در حال گسترش است و کارخانه‌های زیادی به استفاده از این دستگاه‌ها گرایش پیدا کرده‌اند.
اگر صاحب کارگاهی هستید که در آن فوم سرد به شیوه سنتی تولید می‌شود، با ما در این مقاله از شرکت صنعتی ربات پارس همراه باشید تا شما را با پروسه تولید فوم سرد مبلمان و خودرو با ربات صنعتی آشنا کنیم.
ابتدا فوم سرد را معرفی می‌کنیم تا ببینید این محصول دقیقا چیست و از چه موادی ساخته می‌شود.
ماهیت فوم سرد چیست؟
فوم سرد از مواد اولیه‌ای مثل پلی‌اُل، ایزوسیانات، آب و کاتالیزور برای کنترل واکنش و تولید گاز ساخته می‌شود.
این اجزا پس از ترکیب با هم در دمای اتاق طی واکنشی سریع، دی‌اکسید کربن تولید می‌کنند که باعث پف‌کردن و ساختار سلولی نرم فوم می‌شود. برای تولید این فوم به گرما یا فشار خارجی اضافه نیاز نیست.
فوم سرد ویژگی‌های منحصر به فردی دارد که از جمله آن‌ها می‌توان به انعطاف‌پذیری بالا و برگشت‌پذیری، مقاومت در برابر خمش و تغییر شکل، دوام حرارتی و ارتعاشی بالا و قابلیت تنظیم چگالی و سختی از طریق فرمولاسیون اشاره کرد.
تمام فرایند ترکیب مواد در قالب، به صورت دستی هم قابل انجام است که البته مشکلات خاص خودش را دارد. در ادامه در مورد روش سنتی تولید فوم سرد بیشتر توضیح خواهیم داد تا متوجه شوید چه کاستی‌هایی نسبت به روش تولید فوم سرد مبلمان و خودرو با ربات صنعتی دارد.
سیستم سنتی تولید فوم سرد
در خطوط تولید سنتی، دوغاب فوم با پمپ‌های دنده‌ای فشار بالا به صورت جداگانه و با نسبت‌های دقیق وارد سری یا کلگی میکس (Mix Head) و از آن‌جا به قالب تزریق می‌شود. در شیوه سنتی، اپراتور باید قالب را روی میز قرار دهد و سری میکس را در هر بار کالیبره کند. در این شرایط نسبت تزریق و توزیع یکنواخت مواد سخت و زمان‌بر خواهد شد. از طرفی هم ممکن است خطاهای انسانی به وجود بیاید و شاهد پرتی زیاد مواد باشیم. اینجاست که وجود یک ربات صنعتی مثل ربات ریخته گری که مقادیر مواد و سایر شرایط را با دقت بالا ارزیابی کند، لازم است.
نقش ربات صنعتی در اتوماسیون تزریق
ربات صنعتی برای حرکت سری میکس یا جابه‌جایی قالب، جز اصلی سلول تزریق خودکار به حساب می‌آید. این ربات به بالا بردن دقت و یکنواختی در تزریق مقادیر دقیق مواد بر اساس تنظیمات از پیش تعیین‌شده، کمک زیادی می‌کند. تزریق با ربات صنعتی با خطای کمتر از 2 درصد انجام می‌شود که باعث می‌شود پرتی مواد تا حد قابل توجهی کاهش یابد. همچنین به خاطر کاهش دخالت انسان، خطاهایی که ناشی از نقص یا اشتباه اپراتور هستند هم کمتر می‌شود. از طرفی هم به دلیل به کارگیری همزمان چند پروفایل تزریق، می‌توان تولید فوم سرد مبلمان و خودرو با ربات صنعتی را به تولید انبوه‌تری رساند.
اگر می‌دانستید که نحوه کارکرد کنترلر ربات صنعتی 6 محور به چه شکل است، متوجه می‌شدید که در صنعت خودروسازی فرایند تولید به لطف ربات صنعتی 6 محور به سرعت در حال انجام است. به همین دلیل حیف است که بخش تولید فوم صندلی‌ها به شیوه سنتی و کُند انجام شود.
بررسی انواع ربات ها در تولید فوم سرد
در تولید فوم سرد از ربات‌های مختلفی استفاده می‌شود که در ادامه معرفیشان خواهیم کرد.
ربات های آرتیکوله (۶ یا ۷ محور)
ربات‌های آرتیکوله مثل ربات جابه جایی محصول، مفصلی هستند و به دلیل داشتن ۶ یا 7 محور و همینطور انعطاف‌پذیری بالا در حرکت و توانایی رسیدن به زوایای پیچیده، گزینه‌ای مطلوب برای هدایت سری میکس سنگین در جاهایی مثل قالب‌گیری فوم مبلمان به حساب می‌آیند. این ربات‌ها کمک می‌کنند پیمایش سه‌بعدی دقیق‌تر انجام شود و برای تزریق روی سطوح پیچیده با اشکال نامنظم مثل قالب‌های منحنی یا قطعات مبلمان، به خوبی عمل می‌کنند. ربات‌های آرتیکوله دقت بالایی در تکرار موقعیت دارند و قادر هستند سری میکس‌های بزرگ مثل مدل‌های فشار بالا را با اشراف کامل کنترل کنند.
ربات های اسکارا
ربات‌های اسکارا (SCARA) در حرکت‌های افقی (محورXY ) سرعتی بسیار بالا، انعطاف‌پذیری و دقت قابل توجهی دارند اما در محور Z سفت‌تر هستند. این مشخصه باعث می‌شود که برای قالب‌های نقاله‌ای یا تزریق در امتداد ردیف‌های متوالی با قطعات مشابه که تزریق به‌صورت خطی یا زنجیره‌ای انجام می‌شود، مناسب باشند. ربات‌های اسکارا بسته به نیاز، می‌توانند بازدهی بسیار بالایی داشته باشند و فضای کمی اشغال کنند.
ربات های دلتا
ربات‌های دلتا سریع، سبک و عالی هستند و برای عملیات با حجم بالا به‌خصوص در خطوط نقاله‌ای که قالب‌ها با سرعت عبور می‌کنند، عملکرد فوق‌العاده‌ای دارند. ساختار ساده و سبک آن‌ها باعث شده است در زمان کوتاه‌ترین واکنش نشان دهند و چرخه تولید فوم سرد مبلمان و خودرو با ربات صنعتی با سرعت بالاتری انجام شود. اگر سری میکس کوچک باشد و تزریق در بالای قطعه روی نقاله انجام شود، ربات دلتا بهترین گزینه است؛ اما در میزان بار قابل حمل و برد حرکتی محدودیت دارد.
ربات های Cobot
ربات‌های همکار یا Cobot با طراحی ایمنی که دارند، مناسب خطوط نیمه‌خودکار هستند و در شرکت‌هایی مثل FANUC، برای انجام پورسه تولید در کنار انسان به کار گرفته می‌شوند. آن‌ها می‌توانند کارهای ساده‌تر تزریق فوم مثل تزریق نهایی یا سایر تزریقات برای تکمیل مونتاژ را انجام دهند. ربات‌های همکار برخلاف ربات‌های مثل ربات سمولاتور شهربازی، به ایمن‌سازی مکانیکی کمتری نیاز دارند و برای پروژه‌هایی که قرار است منابع انسانی در کنار دستگاه باشند یا خطوط تست سریع داشته باشند، مناسب هستند.
انتخاب هر کدام از این ربات‌ها بسته به حجم و شرایط تولید و بسیاری از فاکتورهای دیگر ممکن است. به همین دلیل توصیه می‌کنیم اگر قصد تهیه یک ربات فوم‌ساز را دارید، حتما با متخصصان ما در شرکت صنعتی ربات پارس مشورت کنید.
مراحل راه‌اندازی سلول رباتی تولید فوم
با اینکه فرایند تولید فوم سرد مبلمان و خودرو با ربات صنعتی مکانیزه است، اما با توجه به حجم تولید و سرعت و دقت مورد نیاز، باید مراحل مختلفی را پشت سر بگذارد.
مرحله اول: تحلیل فرایند
در مرحله نخست تیم مهندسی مشخص می‌کند فوم سرد مورد استفاده چه چگالی و سختی داشته باشد، زمان واکنش چقدر باشد، چه تعداد قالب کامل شود و ابعاد و انواع قطعات فوم که قرار است برای مبلمان یا قطعات خودرو استفاده شوند، چقدر باشد. این تحلیل به منظور تعیین پارامترهای فنی مثل دبی تزریق، دمای مخازن مواد و نوع سری میکس ضروری است.
مرحله دوم: انتخاب ربات و سری میکس
در گام بعد، انتخاب ربات و سری میکس با توجه به شعاع مورد نیاز برای حرکت سری میکس و دور قالب‌ها، وزن سری و مواد انجام می‌شود. در این مرحله میزان سرعت و دقت و تکرار حرکت هم مشخص می‌شود و مناسب‌ترین رباتی که می‌تواند یک ربات ۳‑محوره خطی یا ربات آرتیکوله باشد، با سری میکس مناسب انتخاب می‌گردد.
مرحله سوم: نصب تاسیسات
بعد از انتخاب ربات نوبت نصب تاسیسات مربوط به مواد است. مخازن پلی ال و ایزوسیانات با کنترل دمای servo، آماده و پمپ‌های دنده‌ای با دقت 0.5%± (جهت رسیدن به دوز دقیق) و همینطور فیلترهایfine برای ایزوسیانات مطابق استانداردها نصب می‌شوند. این تجهیزات شامل سیستم شستشوی دائم سری میکس، فشارسنج و سنسورهای مواد است.
مرحله چهارم: راه‌اندازی سیستم کنترل و ایمنی
برای اینکه ربات نقاله، سری میکس، سنسورها و دوربین‌های کنترل کیفیت در قالب یک سیستم اتوماسیون هماهنگ به هم متصل شود، سیستم کنترل PLC/HMI راه‌اندازی می‌شود. برای ثبت داده‌های فرایند، زمان‌بندی دقیق هر تزریق و قابلیت ردیابی به منظور کنترل کیفی، وجود چنین سیستمی لازم است.
درکنار آن، نصب سیستم‌های ایمنی شامل درب حفاظ‌دار، حسگرهای توقف اضطراری و دوربین‌های مانیتورینگ برای جلوگیری از ورود اپراتور در حین تزریق هم انجام می‌شود.
مرحله پنجم: آموزش اپراتور
بعد از راه‌اندازی ربات، نوبت به آموزش اپراتور و می‌رسد. اپراتورها باید نحوه قرار دادن قالب، تغییر قالب، مسیردهی، راه‌اندازی HMI و سری میکس و تست خاموش یا روشن ربات و نگهداری دوره‌ای از آن را بیاموزند.
مرحله ششم: راه‌اندازی سلول تولید فوم
در ادامه، راه‌اندازی و کالیبراسیون سلول با تزریق آزمایشی، بررسی چگالی، ضخامت فوم، سرعت پر شدن قالب و تنظیم فشار سری میکس مطابق با نتایج تست و معیارهای کنترل کیفیت انجام می‌شود.
و در مرحله آخر تولید فوم سرد مبلمان و خودرو با ربات صنعتی، راه‌اندازی رسمی خط تولید شروع و داده‌های تولید مثل تعداد تزریق، مصرف مواد، کیفیت فوم و داده‌های نگهداری پیشگیرانه ثبت می‌شود. این داده‌ها به پایش روند تولید، شناسایی خطاها و افزایش بهره‌وری و کیفیت کمک زیادی می‌کنند.
مزایای تولید فوم سرد با ربات صنعتی
پیاده‌سازی خط تولید فوم سرد با ربات‌های تزریق خودکار کیفیت فرآیند را به طرز چشمگیری افزایش می‌دهد. تزریق به صورت دقیق و کم‌خطاتر و بدون اشتباه یا خستگی نیروی انسانی انجام می‌شود که همین ویژگی، تیراژ تولید را افزایش می‌دهد و کیفیت محصول را حفظ می‌کند.
بهره‌وری در خط تولید هم 20 تا 30% افزایش می‌یابد زیرا عملیات رباتیک به‌صورت بی‌وقفه و شبانه‌روزی ادامه می‌یابد. این در حالی است که تولید دستی فوم سرد با محدودیت زمان و وقفه همراه است.
ایمنی اپراتور هم از دیگر مزایای تولید به این روش است زیرا در فرآیند تزریق خودکار، تماس مستقیم انسانی با مواد واکنش‌پذیر از بین می‌رود و سیستم‌های ایزولاسیون و حفاظ‌گذاری پیشرفته، خطر تماس اپراتورها با مواد شیمیایی و تجهیزات مکانیکی را به حداقل می‌رسانند. در صورت وجود اتوماسیون، تولید چند فرمولاسیونه فوم، تغییر سریع قالب و تطبیق با استانداردهای حفاظت از آتش تولید فوم راحت‌تر می‌شود.
در نهایت، ویژگی ردیابی در قالب سیستم‌های که شامل ثبت داده‌های دقیق است، امکان ردیابی، تحلیل و بهبود مستمر عملکرد در تولید را فراهم می‌سازد. با استفاده از تحلیل داده‌های تولید، پیش‌بینی خطاها راحت‌تر و پیشگیری از مشکلات فنی میسر می‌شود.
برای آن دسته از کسب و کارهایی که نگران بازگشت سرمایه هستند باید بگوییم که بسیاری از کارخانجاتی و کارگاه‌هایی که اقدام به خرید ربات تولید فوم از شرکت صنعتی ربات پارس کرده‌اند، توانسته‌اند در عرض 1 تا 2 سال به اصل سرمایه‌شان برسند.
چالش ها و محدودیت های تولید فوم سرد با ربات صنعتی
پیاده‌سازی سلول رباتی برای تولید فوم سرد مبلمان و خودرو با ربات صنعتی با چالش‌های فنی و عملی متعددی همراه است. اولین مشکل، واکنش بسیار سریع سیال فوم است که زمان میکس تا ریختن مواد را بسیار کوتاه می‌کند و اگر ربات پاسخ‌دهی گشتاور و بازگشت مسیر بالایی نداشته باشد، تزریق دقیق دچار ناهماهنگی می‌شود. پیشنهاد می‌شود برای رفع این موضوع، ربات‌هایی با گشتاور قوی، زمان واکنش کم و کالیبراسیون مسیر دقیق انتخاب شوند.
دومین چالش، احتمال خوردگی و انحلال مواد واکنش‌پذیر در شیلنگ‌ها و نازل‌ها است که می‌تواند باعث انسداد، نشتی یا خرابی سیستم شود. راه‌حل مناسب استفاده از کوپلینگ ویژه، شیلنگ‌های مقاوم به مواد شیمیایی و تعویض دوره‌ای آن‌ها است.
سومین مسئله، تغییر قالب‌های متعدد است زیرا هر قالب پروفایل متفاوت و شیوه منحصر به فردی برای تزریق دارد. به همین دلیل برنامه‌نویسی برای مسیرهای حرکت هر قالب به صورت مجزا لازم است. چالش بعدی، آموزش نیروی انسانی است. اپراتورها باید مهارت لازم در برنامه‌نویسی ربات، شناخت مواد شیمیایی و نگهداری تجهیزات را داشته باشند که با برگزاری دوره‌های آموزشی دوره‌ای و موثر به دست می‌آید. همچنین، هزینه سرمایه‌گذاری اولیه برای ربات، سری میکس، کنترل PLC، طراحی فضای ایمن بسیار بالا است. با این حال، با افزایش تولید، کاهش نیروی انسانی و ضایعات، درصـد قابل توجهی از این هزینه‌ها بازمی‌گردد.
در نهایت، نگرانی ایمنی ربات در تماس با اپراتور مطرح است. هنگام تعویض قالب یا ورود به منطقه کاری، خطر برخورد نیروی انسانی وجود دارد که می‌توان با نصب درب‌های حفاظ‌دار ایمنی، یا استفاده از ربات همکار که در تماس انسان محدودیت ایجاد کرده است و همینطور کنترل ایمنی نرم‌افزاری، این خطر را کاهش داد.
جمع بندی
استفاده از ربات‌های صنعتی در تولید فوم سرد، به ویژه برای مبلمان و قطعات صندلی خودرو، باعث افزایش کیفیت، کاهش هزینه تولید، دخالت و تماس کمتر انسان با مواد شیمیایی خطرناک و افزایش سرعت تولید می‌شود. این روند اتوماسیون امکان تولید انبوه با انعطاف بالا را فراهم می‌کند. تمام این قابلیت‌ها در یک ربات نشان می‌دهد که ساز و کار پیچیده‌ای دارد که سردرآوردن از آن مستلزم دانش و مهارت بالاست. به همین دلیل یکی از مهم‌ترین اقداماتی که باید بعد از راه‌اندازی ربات صنعتی مدنظر قرار گیرد، آشنایی با دستگاه و تسلط بر شیوه کار آن است که باید توسط تکنسین‌های متخصص آموزش داده شود.
یکی از شرکت‌هایی که در زمینه تولید و خدمات انواع ربات‌ها مشغول به کار هستند، شرکت دانش‌بنیان ربات پارس است که با بیش از 2 دهه تجربه دستگاه‌های تولید فوم سرد رباتیک را بومی‌سازی کرده است. مشاوران این مجموعه هم در زمینه فروش و هم راه‌اندازی ربات‌ها آماده به اشتراک گذاشتن دانش و تخصص خود هستند. کافی است با آن‌ها تماس بگیرید یا به صورت حضوری به دفتر کارشان مراجعه کنید.