Machine de moulage grand format avec bras robotisé

Machine de moulage grand format avec bras robotisé

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Machine de moulage grand format avec bras robotisé
Une machine de moulage grand format équipée d'un bras robotisé est un système industriel de pointe qui intègre un robot articulé de haute précision à une presse à mouler la pâte à papier à grande échelle. Cette combinaison crée une cellule de production automatisée capable de fabriquer des produits en fibres moulées de grande taille, tels que des palettes industrielles, des composants intérieurs automobiles, de grandes protections d'angle et des barquettes agricoles à grand volume. Ces systèmes sont à la pointe de l'automatisation durable des emballages.

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Machine de moulage grand format avec bras robotisé
Le terme « grand format » distingue ces machines des équipements de moulage de pâte à papier classiques. Alors que les presses conventionnelles produisent de la vaisselle, des boîtes à œufs et de petits emballages électroniques, les systèmes grand format sont conçus pour des composants mesurant jusqu'à 2 000 mm de longueur ou de largeur. Ils sont utilisés pour les emballages industriels robustes, les cales d'expédition pour appareils électroménagers et les plateaux de restauration de grande taille.

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La ligne de production de moulage de pâte à papier entièrement automatisée ZFG-1111 illustre parfaitement cette intégration. Agenceée en configuration linéaire, elle se compose d'une machine de formage, d'une presse à chaud, d'une machine de découpe et d'une machine de translation et de retournement. Un système de bras robotisé de type portique assure le transfert automatisé des produits entre les stations. Tous les processus — formage, pressage à chaud, ébarbage et empilage — sont entièrement automatisés.

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La ZFG-1111 est entièrement servo-motorisée, garantissant une production flexible, précise et stable. La taille optimisée de ses plateaux maximise l'efficacité de l'agencement pour divers produits, tels que les assiettes en carton, les boîtes à emporter, les bols, les gobelets et les boîtes à œufs. De conception modulaire, elle comporte peu de pièces d'usure, ce qui simplifie son utilisation et réduit la maintenance. Son rendement journalier est de 800 à 1 500 kg selon le type de produit.

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Les bras robotisés transforment les machines de moulage grand format de trois manières fondamentales. Premièrement, ils étendent la zone de travail effective de la presse, permettant à un seul robot de desservir plusieurs stations. Deuxièmement, ils offrent la précision nécessaire pour manipuler des préformes humides fragiles sans les déformer. Troisièmement, ils permettent un fonctionnement continu et sans surveillance en automatisant les séquences de transfert, de découpe et d'empilage.

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Les systèmes les plus performants utilisent des robots industriels à 6 ou 7 axes de marques telles qu'ABB, KUKA, Fanuc et Yaskawa. Les bras multi-axes peuvent opérer selon des angles et des orientations inaccessibles aux machines à portique, permettant ainsi la réalisation de pièces complexes. Avec une portée supérieure à 1 500 mm et une capacité de charge utile supérieure à 50 kg, ces robots manipulent les composants en fibre moulée les plus volumineux.

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Dans une ligne de production de moulage de pâte à papier classique, le robot assure la fonction essentielle de transfert des préformes humides. La machine de moulage, le robot et la presse à chaud sont disposés en séquence. Un outil de préhension spécifique, monté sur le robot, prélève la préforme humide du moule de formage, la transfère vers la presse à chaud et extrait simultanément le produit fini.

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Le dispositif de transfert sur le bras robotisé comprend un moule de transfert pour ébauche humide doté d'une chambre à air étanche. La face avant présente des cavités encastrées qui épousent la forme externe du produit de pâte humide. De petits orifices d'interface relient ces cavités à la chambre à gaz étanche, permettant ainsi au vide de maintenir la préforme en place pendant le transfert.

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Cette technologie de transfert brevetée remédie aux inefficacités des systèmes précédents. Les robots traditionnels ne pouvaient exécuter qu'une seule action par cycle : soit la prise d'une préforme humide, soit le déchargement d'un produit fini. Le système EOAT avancé permet des opérations simultanées : tout en plaçant une préforme humide dans la presse à chaud, il peut également retirer un produit précédemment pressé, ce qui augmente considérablement le débit.

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Un support mobile parallèle au moule de transfert de pâte humide est relié par un mécanisme de guidage. Un système d'entraînement déplace le support par rapport au moule. Plusieurs ventouses régulièrement espacées sont disposées sur le support mobile, permettant au robot de traiter plusieurs produits en un seul cycle. Cette conception réduit le temps de cycle de 30 à 40 % par rapport aux systèmes de transfert à action unique.

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Les systèmes de vision révolutionnent le moulage robotisé grand format. Grâce à des systèmes visuels et des algorithmes simulant l'intervention humaine, le bras robotisé peut saisir et positionner aléatoirement les plateaux de pâte à papier, alimentant automatiquement les presses à chaud et les stations de découpe. Ceci résout les problèmes de manutention automatique liés aux variations de retrait ou de déformation des produits après séchage.

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L'intégration de la robotique guidée par vision 3D permet au système de compenser les variations dimensionnelles dues à une répartition inégale des fibres, au retrait différentiel ou au gauchissement. Le robot calcule le point de préhension et l'orientation optimaux pour chaque produit, réduisant ainsi les rebuts et améliorant le rendement global. Ceci est particulièrement précieux pour les pièces de grand format où le comportement du matériau est moins prévisible.

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Les machines de moulage grand format sont tout aussi précieuses pour les applications de post-traitement. La machine d'ébavurage hors ligne DW-T11060 est équipée d'un bras robotisé servo-commandé pour une alimentation précise en matériau et d'un système d'ébavurage hydraulique pour une découpe haute performance. Après ébavurage, elle empile et évacue automatiquement les produits via un convoyeur, avec fonction de comptage, créant ainsi une cellule de finition entièrement automatisée.

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Le bras robotisé servo-commandé de la DW-T11060 assure une alimentation de haute précision, minimisant les erreurs et améliorant la régularité de la production. Avec une vitesse de coupe de 0 à 6 feuilles par minute, une précision de ±0.15 mm et une pression de coupe de 600 kN, il est idéal pour les fabricants d'emballages en pâte moulée. Le bras robotisé élimine l'alimentation manuelle, réduisant ainsi les coûts de main-d'œuvre et améliorant la sécurité de l'opérateur.

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Les systèmes grand format sont également essentiels pour la palettisation des produits finis. Un seul robot peut desservir plusieurs postes de découpe et d'empilage, en collectant les barquettes finies et en les disposant sur des palettes selon des schémas prédéfinis. Les systèmes d'empilage automatisés avec fonctions de comptage permettent aux opérateurs de suivre l'avancement de la production et de tenir des registres de lots précis sans intervention manuelle.

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Le système PAPACKS MODEL S10 illustre comment la robotique ouvre la voie à des catégories de produits entièrement nouvelles. Cette technologie permet la fabrication en grande série de bouteilles, tubes, conteneurs et autres composants moulés à base de fibres, offrant une alternative durable aux emballages plastiques. La précision et la rapidité de la robotique automobile ont été transposées au moulage de fibres, garantissant des temps de cycle stables et une qualité industrielle même en grande quantité.

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Les bras robotisés de transfert sont indispensables pour acheminer les ébauches humides vers les lignes de séchage dans les systèmes grand format. Le moule de transfert du robot prélève les ébauches de papier humides et les dépose sur le convoyeur d'une ligne de séchage. Ces systèmes fonctionnent de concert pour assurer une production entièrement automatisée, de la matière première au produit fini, adaptée à l'emballage industriel à grand volume.

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La machine de thermoformage rotative pour le moulage de pâte à papier représente une solution grand format compacte et performante. Dotée d'une automatisation à 6 stations et d'un bras robotisé, elle offre une capacité de production journalière de 150 à 250 kg et un contrôle intelligent. Pilotée par un seul opérateur à l'aide d'un bras robotisé et d'un écran tactile intelligent, la machine est entièrement commandée par un système électrique utilisant un automate programmable et des servomoteurs pour un contrôle précis des mouvements.

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Machine de moulage grand format avec bras robotisé
Les systèmes industriels de HGHY utilisent plusieurs ensembles d'équipements principaux (formage, pressage à chaud, ébarbage, empilage et stations robotisées) ainsi que des systèmes auxiliaires pour produire de la vaisselle moulée en pâte à papier et des emballages alimentaires. Grâce à un léger angle de dépouille, ces systèmes sont spécialisés dans la fabrication d'emballages en fibres moulées haut de gamme et écologiques, d'une grande homogénéité et présentant un faible taux de défauts.

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Le retour sur investissement des machines de moulage grand format à bras robotisés est indéniable. La réduction des besoins en main-d'œuvre (de 8 à 10 opérateurs par poste à seulement 2 ou 3), la diminution de la consommation d'énergie et l'augmentation de l'efficacité de la production permettent un amortissement rapide. Pour les opérations d'emballage à grand volume, la possibilité d'une production automatisée 24 heures sur 24 améliore considérablement la rentabilité.

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PAPACKS, acteur majeur de l'innovation dans le domaine des emballages circulaires en fibres moulées en Europe, illustre la viabilité commerciale de l'intégration robotique. Ses systèmes permettent la production en série de bouteilles, contenants, tubes et autres produits à base de fibres, en alternative aux emballages plastiques, prouvant ainsi que des matériaux durables peuvent être produits à l'échelle industrielle avec la précision de la robotique automobile.

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Les machines de moulage robotisées grand format peuvent être configurées soit comme des systèmes à portique avec des zones de construction fixes, soit comme des bras robotisés articulés offrant une liberté multi-axes pour les géométries complexes. Les systèmes à portique offrent une grande rigidité et de larges volumes de travail (jusqu'à 3 000 × 2 000 mm), tandis que les bras articulés offrent la flexibilité nécessaire pour les formes complexes et les angles difficiles d'accès.

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Pour les applications nécessitant des pièces de très grandes dimensions, des systèmes à double robot sont disponibles. Deux robots fonctionnent en tandem : l’un transfère les préformes humides de la station de formage à la presse à chaud, et l’autre extrait les produits finis et les empile. Ce fonctionnement en parallèle réduit le temps de cycle jusqu’à 50 % par rapport aux configurations à robot unique.

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L'intégration de bras robotisés aux presses à chaud exige une synchronisation précise des mouvements et du temps. Le robot doit pénétrer dans la zone de presse, déposer la préforme humide, se retirer et signaler la fermeture de la presse, le tout en quelques secondes. Des protocoles de communication haut débit (EtherCAT, Profinet) garantissent une coordination précise entre le contrôleur du robot et l'automate programmable de la presse.

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Les outils de préhension pour produits de pâte à papier grand format doivent être conçus avec soin afin d'éviter d'endommager la préforme humide fragile. Parmi les conceptions courantes, on trouve les ventouses à lèvres souples en silicone, les plaques en fibre de carbone poreuse à vide réparti et les pinces mécaniques à mâchoires rembourrées. Ces outils doivent également s'adapter aux spécificités du produit, telles que les nervures, les poignées ou les charnières.

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Pour les produits présentant des cavités profondes ou des géométries complexes, l'outil de pré-extrusion du robot peut inclure une fonction de soufflage. Après le placement du produit dans la presse à chaud, de l'air comprimé est dirigé à travers l'outillage pour assurer un démoulage propre de la préforme. Ceci empêche le produit d'adhérer à l'outillage du robot lors de la fermeture de la presse, ce qui engendrerait des défauts.

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Le positionnement robotisé guidé par vision atteint une précision de ±0.5 mm, essentielle pour les produits exigeant un alignement précis entre la préforme et le moule de la presse à chaud. Le système de vision capture la position et l'orientation de la préforme après formage, puis calcule le point de préhension et l'angle d'approche optimaux. Ceci compense toute variation de forme de la préforme due à la distribution des fibres ou à son taux d'humidité.

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Les systèmes robotisés grand format sont particulièrement adaptés à la production de palettes en fibres moulées. Ces palettes remplacent les palettes en bois ou en plastique dans les chaînes d'approvisionnement en circuit fermé, réduisant ainsi le poids et améliorant la durabilité. Une palette en fibres standard mesure 1 200 × 1 000 mm et pèse entre 8 et 12 kg. Le robot doit pouvoir manipuler ce poids tout en maintenant une précision de positionnement optimale, ce qui nécessite un robot à charge utile élevée (capacité de 60 à 100 kg).

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Pour l'industrie automobile, des machines grand format produisent des éléments de garniture intérieure tels que des panneaux de porte, des tablettes arrière et des revêtements de coffre en fibres naturelles moulées (chanvre, lin, kénaf). Le bras robotisé transfère la natte de fibres de la presse de formage à la presse à chaud, où elle est mise en forme et densifiée. Le robot effectue également le détourage et l'empilage des pièces finies.

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L'industrie du moulage de pâte à papier adopte de plus en plus les robots collaboratifs (cobots) pour les lignes de production à faible volume ou flexibles. Conçus pour travailler aux côtés des opérateurs humains sans cage de sécurité, les cobots permettent de réduire l'espace au sol nécessaire. Pour les applications grand format, les cobots capables de supporter des charges utiles allant jusqu'à 35 kg (par exemple, le Fanuc CRX-25iA) peuvent prendre en charge de nombreuses tâches de post-formage telles que l'ébavurage, le contrôle et l'emballage.

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La sécurité est primordiale lors de l'intégration de bras robotisés aux presses grand format. Le système doit comporter des barrières immatérielles, des tapis de sécurité ou des scanners laser qui arrêtent le robot et la presse si une personne pénètre dans la zone dangereuse. Le contrôleur du robot et l'automate programmable de la presse sont connectés via un automate de sécurité qui surveille tous les dispositifs de sécurité et déclenche un arrêt sécurisé en cas de dysfonctionnement.

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La surveillance et le diagnostic à distance sont des fonctionnalités standard des systèmes de moulage robotisés grand format modernes. Les opérateurs peuvent consulter l'état du robot, le nombre de cycles et les journaux d'erreurs via une interface web. Des algorithmes de maintenance prédictive analysent les courants moteurs, les vibrations et les temps de cycle afin d'alerter le personnel de maintenance avant toute panne, réduisant ainsi les temps d'arrêt imprévus.

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L'avenir des machines de moulage robotisées grand format repose sur l'optimisation des processus grâce à l'intelligence artificielle. Les algorithmes d'apprentissage automatique peuvent prédire les trajectoires de transfert optimales, ajuster la force de préhension en fonction de la géométrie du produit et optimiser les paramètres de séchage en temps réel. D'ici 2026, la demande pour ces systèmes automatisés devrait croître significativement, les industries adoptant le moulage robotisé pour la production de composants durables de grande taille.

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Les systèmes robotisés de moulage de pâte à papier sont également intégrés à des véhicules à guidage automatique (AGV). Après que le robot a empilé les produits finis sur une palette, un AGV transporte cette dernière vers l'entrepôt ou la zone d'expédition. Ce procédé crée un flux de matières entièrement automatisé, de la matière première (fibres brutes) au produit fini emballé, éliminant ainsi toute manutention manuelle.

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L'efficacité énergétique est un atout majeur de l'intégration robotique. Les servorobots électriques ne consomment de l'énergie que lors de leurs déplacements, le freinage régénératif la restituant au réseau électrique. Comparés aux systèmes de transfert pneumatiques ou hydrauliques, les bras robotisés réduisent la consommation d'énergie de 30 à 50 %. Ceci est en phase avec les objectifs de développement durable du moulage de la pâte à papier, qui utilise déjà des fibres renouvelables.

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Le marché mondial des robots industriels pour l'emballage était évalué à plus de 4.5 milliards de dollars en 2024 et connaît une croissance annuelle de 8 à 10 %. Le segment du moulage de pâte à papier, bien que plus petit, est l'un des plus dynamiques grâce à l'essor rapide des emballages en fibres moulées, lui-même stimulé par l'interdiction des plastiques à usage unique. Les systèmes grand format contribuent de manière significative à cette croissance.

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Plusieurs grands intégrateurs se spécialisent dans les systèmes robotisés de moulage de pâte à papier. Ils proposent des solutions clés en main comprenant la sélection des robots, la conception des outils de manutention, l'agencement des cellules, l'intégration des systèmes de sécurité et la programmation. Ces fournisseurs assurent également la formation des opérateurs et un support technique continu, simplifiant ainsi la mise en œuvre pour les fabricants d'emballages qui découvrent la robotique.

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Les systèmes robotisés grand format peuvent être installés sur les lignes de moulage de pâte à papier existantes. Une presse auparavant alimentée par transfert manuel peut être modernisée grâce à un bras robotisé, un outil de manutention des pièces (EOAT) et un système de vision. La modernisation prend généralement de 2 à 4 semaines et permet des économies de main-d'œuvre immédiates ainsi qu'une amélioration de la qualité. Le retour sur investissement est souvent inférieur à 12 mois.

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La programmation des systèmes robotiques de grande taille est considérablement simplifiée grâce aux logiciels de simulation hors ligne. Les ingénieurs peuvent concevoir la cellule robotisée dans un environnement virtuel, programmer les trajectoires et simuler les temps de cycle avant même l'installation du matériel. Ceci réduit le temps de mise en service de plusieurs semaines à quelques jours et élimine les collisions coûteuses au démarrage.

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En résumé, la machine de moulage grand format équipée d'un bras robotisé incarne la convergence de la robotique de précision et des technologies d'emballage durables. Qu'il s'agisse de formage, de découpe ou de palettisation, cette solution intégrée offre une efficacité, une précision et une évolutivité inégalées. Face à l'expansion du marché mondial des emballages en fibres moulées – évalué à plus de 2.14 milliards de dollars en 2024 et affichant une croissance annuelle composée de 7.3 % jusqu'en 2032 – ces systèmes automatisés seront essentiels pour répondre à la demande tout en préservant la qualité et la compétitivité des coûts. L'intégration de systèmes de vision, de robots collaboratifs et d'une optimisation pilotée par l'IA renforcera encore ses capacités, faisant du moulage robotisé grand format un pilier de l'industrie de l'emballage durable pour les décennies à venir.