1 Sosiaalinen robotiikka – Tulevaisuuden teknologiaa ihmisten avuksi Mikrotehtaat - Uusi teknologia pienten robottien valmistamiseen Riku Heikkilä Tampereen teknillinen yliopisto Tuotantotekniikan laitos 8.5.2012 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 8.5.2012 3 Motivaatio: Mikro- ja desktop tuotantolaitteiden edut • 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… 8.5.2012 4 Mikro- ja desktop-tehdaskehityksen virstanpylväitä Micro lathe (MEL) AMMS (FhG-IPA) Pocket factory (EPFL) CSEM Microfactory TUT Microfactory (CSEM) (TUT) 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) 8.5.2012 5 TUT Mikrotehdaskonsepti 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 8.5.2012 20cm 30cm 6 TUT Mikrotehdas-demot 8.5.2012 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 Hinta 30 000 € Teho 20 W Tila 0,03 m2 Paino 10 kg (1 s) (150 000 €) (500 W) (2 m2) (1000 kg) Video 7 25 mm 8.5.2012 RH 8 Demot: Anturin kokoonpanolinja 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 8.5.2012 9 Kaupalliset desktop-laitteet VHF camfacture, GER Biohit, FIN Asyril, CH Takashima Sangyo JP Wegera, FIN MAG, FIN JOT Automation, FIN 8.5.2012 10 Esimerkkejä hajautetusta valmistuksesta • • • • Valmistus kaupan takahuoneessa Kotivalmistus US Army MPH, liikuteltava varaosatehdas Implanttien valmistus sairaalassa 8.5.2012 11 Kotivalmistus (Anssi Nurmi, Diplomityö) • • Harrastajapohjaista Helsinki Hacklab, 100 jäsentä: • Vekottimien ja elektroniikan rakentelijoita • Yleisimmät prosessit: 3D-tulostus, CNC-jyrsintä • • 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 • • • Laitteet oltava halpoja: 200-700€ Huomion saaminen Markkinoiden syntyminen Tulevaisuus: • • Käytettävyys, Point and click Materiaalit suppiloon, resepti internetistä.. => valmistus reprap.org 8.5.2012 12 Valmistus myymälän takahuoneessa (Anssi Nurmi, Diplomityö) • Case Verkkokauppa.com • Tuotteiden personointi asiakkaan kuvilla • • • • Keskitetysti yhdessä toimipisteessä Toimitusaika pari päivää – kuukautta Prosessit: • • • • Laptopit (>30€), puhelimet (>10€), pelikonsolit (>20€) Laser merkkaus UV-tulostus Teippaus Massakustomointi ei kannata, yksittäisissä parempi hinta • Investointi takaisinmaksu • Laitteet kalliita, järkevä takaisinmaksuaika vaatii suuren volyymin 8.5.2012 13 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 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 8.5.2012 14 Personoitujen implanttien valmistus sairaalassa leikkauksen aikana (Marko Tuominen, Diplomityö) • • • • • 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 8.5.2012 15 Micro- and desktop manufacturing roadmap 8.5.2012 16 8.5.2012 17 Visioita hajautetulle Desktop-valmistukselle 8.5.2012 18 8.5.2012 19 Micro- and desktop technology roadmap © TTY, Tuotantotekniikan laitos 8.5.2012 20 8.5.2012 21 Q&A? riku.heikkila@tut.fi www.tut.fi/microfactory 8.5.2012