Niente corde, niente limiti: WCB Robotics ottimizza la pulizia intelligente delle facciate con EOS SLS
WCB Robotics | Caso di studio
Ogni giorno, squadre di operai continuano a pulire i vetri dei grattacieli appesi a delle funi: un lavoro pericoloso, lento, costoso e dipendente dalle condizioni meteorologiche. WCB Robotics ha deciso di cambiare questa situazione con E.L.M.O., un robot alimentato a batteria che pulisce le facciate senza funi, arrampicandosi e pulendo con una qualità simile a quella umana, utilizzando solo circa 1 litro d'acqua per ogni pulizia. Con un peso inferiore a 16 kg e progettato per rimanere sicuro anche con venti fino a 100 km/h, E.L.M.O. garantisce qualità e sicurezza costanti in un'attività che ancora oggi si affida al lavoro manuale nel 99% dei grattacieli.
Per realizzare questo salto di qualità, WCB Robotics aveva bisogno di componenti pronti per la produzione che rispettassero tolleranze rigorose, resistessero al calore, all'umidità e ai raggi UV e mantenessero basso il peso totale del sistema, per oltre 500 componenti unici. La lavorazione tradizionale e la stampa 3D di livello consumer non erano in grado di stare al passo. La sinterizzazione laser selettiva (SLS) EOS con PA 2200 ha sbloccato la libertà di progettazione, la durata e la ripetibilità di cui il team aveva bisogno per passare dai prototipi a un prodotto robusto e pronto per l'uso sul campo.
Sfida
Con l'evolversi dei progetti, i componenti di WCB Robotics hanno superato i limiti della lavorazione al tornio/CNC e della fabbricazione di lastre acriliche. Canali interni complessi, geometria organica ottimizzata dall'intelligenza artificiale e tolleranze sempre più strette hanno reso la lavorazione lenta, costosa e, in molti casi, impossibile. Le prove con FDM e SLA hanno evidenziato alcuni limiti: tolleranze incoerenti, scarsa resistenza allo scorrimento e alla temperatura, problemi di durata e rimozione dei supporti laboriosa che danneggiava i componenti e rallentava la produttività. Il team aveva bisogno di componenti di produzione direttamente dalla costruzione, con la rigidità rispetto al peso e la resistenza ambientale necessarie per un robot che deve funzionare in tutto il mondo, da 55 °C e 99% di umidità a temperature sotto lo zero in inverni secchi, senza aumentare i costi o i tempi di consegna.
Soluzione
La robotica WCB ha standardizzato l'uso della tecnologia EOS SLS e del materiale Nylon per la produzione di elementi strutturali del telaio, una copertura del robot interamente stampata con SLS e assemblaggi chiave, tra cui una pompa peristaltica leggera, una bottiglia d'acqua multiporta in attesa di brevetto e un tergipavimento ottimizzato con CFD, direttamente dalla stampante all'uso.
"La stampa 3D ci aiuta a superare i confini della produzione tradizionale per entrare in un paradiso dove la forma è dettata solo dalla funzione. Con ogni strato, le macchine SLS di EOS danno vita all'immaginazione di un sognatore, realizzando prodotti come il nostro robot E.L.M.O. che prima non avrebbero mai potuto essere realizzati".
Ujjawal Aggarwal, fondatore di WCB Robotics.
EOS SLS ha eliminato la necessità di rimuovere i supporti, ha preservato le caratteristiche delicate e ha consentito la creazione di dettagli fini fino a ~0,5 mm senza compromettere l'integrità strutturale. La scelta del materiale, EOS PA 2200, ha fornito la giusta combinazione di rigidità-peso, resistenza allo scorrimento, stabilità termica e resistenza all'umidità. Fondamentalmente, la coerenza del processo EOS ha garantito a WCB Robotics una qualità ripetibile tra i lotti, riducendo le rilavorazioni e semplificando l'assemblaggio a valle. Secondo WCB Robotics, questo è stato il fattore decisivo che ha trasformato la produzione di piccoli lotti ad alta complessità da un'operazione proibitiva dal punto di vista economico a un'operazione fattibile.
"Il fattore decisivo è stato il rendimento del PA 2200 e la ripetibilità delle macchine EOS. Otteniamo geometrie complesse, design ultraleggero e controllo dimensionale in un unico passaggio, senza compromessi". Team di ingegneri dell'
- sintesi interna, WCB Robotics
Risultati
Il passaggio a EOS SLS ha cambiato sia le capacità del prodotto che il ritmo aziendale. Dal punto di vista tecnico, WCB Robotics ha ottenuto un controllo dimensionale costante su oltre 500 parti uniche, ha integrato percorsi di flusso interni che la lavorazione meccanica non era in grado di realizzare e ha ottenuto componenti polimerici resistenti in grado di sopportare condizioni climatiche difficili, mantenendo bassa la massa del sistema. Dal punto di vista operativo, il team ha eliminato il lavoro di rimozione dei supporti, ridotto gli scarti e abbreviato i cicli di iterazione, accelerando il time-to-market e consentendo la realizzazione di modelli utilizzabili sul campo che funzionano a una rumorosità di circa 75 dB, mantenendo la qualità della pulizia.
Il robot pulitore E.L.M.O. di WCB Robotics funziona ora in modo affidabile grazie alla pompa, alla bottiglia d'acqua, al tergipavimento, ai sistemi di trasmissione e al coperchio stampati in 3D. La produzione può essere facilmente scalata e basata sulle esigenze del mercato. Ciò comporta un basso rischio operativo, poiché la produzione basata sulla domanda riduce al minimo i costi di magazzinaggio e il rischio di eccedenze di stock.
"EOS SLS non solo ha reso possibile la realizzazione del robot, ma ha anche reso l'attività scalabile. Possiamo iterare rapidamente, costruire in modo ripetibile e spedire con fiducia".
Ujjawal Aggarwal, fondatore, WCB Robotics
Poiché la complessità del robot è aumentata in modo significativo dopo il passaggio alla tecnologia SLS, non è stato possibile eseguire test comparativi con i metodi precedenti. Tuttavia, nella pratica, molti dei componenti attuali non potevano essere lavorati al peso desiderato. Per alcuni componenti, WCB ha osservato un costo fino a 5 volte superiore rispetto alla lavorazione meccanica, sottolineando perché la tecnologia SLS è l'unica soluzione praticabile per la produzione di piccoli lotti ad alta complessità.
In sintesi
- 18 volte meno tempo di lavoro dedicato al supporto grazie all'eliminazione dei supporti e alla riduzione al minimo della post-elaborazione. Un esempio rappresentativo, una ventosa, è passato da circa 9 ore di lavoro manuale a circa 30 minuti.
- Accelerazione del time-to-market grazie alla rapida iterazione della progettazione e alla produzione diretta di parti funzionali per l'uso finale.
- Riduzione del costo unitario per produzioni in piccoli lotti e ad alta complessità grazie al consolidamento della lavorazione in più fasi in singole produzioni SLS. In casi specifici, la tecnologia SLS si è dimostrata fino a 5 volte più conveniente rispetto alla lavorazione meccanica.
- Maggiore affidabilità sul campo a diverse temperature e livelli di umidità: i componenti FDM di livello consumer in genere si guastavano a circa 45 °C, mentre i componenti SLS sono rimasti robusti, anche con design più sottili, fino a 60 °C.
- ~ Riduzione del 68% della massa del sistema grazie al raggiungimento dell'obiettivo di 16 kg; un design lavorato a macchina comparabile è stimato tra i 30 e i 50 kg.
- Funzionamento silenzioso dimostrato a circa 75 dB, adatto per esposizioni dal vivo e dimostrazioni al chiuso, pur mantenendo la qualità della pulizia (resa possibile dalla geometria su misura per l'applicazione).
Breve profilo aziendale
WCB Robotics (Hyderabad, India) produce E.L.M.O., un robot intelligente senza cavi per la pulizia delle facciate che pulisce i vetri dei grattacieli in modo sicuro e sostenibile. E.L.M.O. utilizza un sistema di aspirazione senza contatto brevettato, componenti elettronici di sicurezza di livello automobilistico e consuma circa 1 litro d'acqua per ogni pulizia, funzionando con venti fino a 100 km/h.
