Rozsądna alternatywa dla lutowania ręcznego? Kartezjańskie roboty lutownicze!
Niemal wszędzie tam, gdzie obecnie stosuje się lutowanie ręczne, opłacalne jest wprowadzenie kartezjańskiego robota lutującego
Powszechny dostęp do urządzeń elektronicznych, często niezbędnych współczesnemu człowiekowi, jest możliwy głównie dzięki automatyzacji procesów lutowniczych. Na przestrzeni ostatnich dziesięcioleci wykształciły się obecnie szeroko stosowane metody przemysłowego lutowania - lutowanie rozpływowe i lutowanie falą. Metody te mają ugruntowaną, niemal niezagrożoną pozycję na rynku. Podlegają one oczywiście pewnym zmianom, uznaje się je jednak za procesy dobrze poznane i przede wszystkim wydajne.
Pomimo oczywistych zalet, nie są one jednak doskonałe. Lutowanie falą oraz rozpływowe są procesami skomplikowanymi i kosztownymi (zarówno w zakupie, jak i w eksploatacji), wymagającymi zaawansowanej wiedzy technicznej, są również stosunkowo mało elastyczne. Innymi słowy, nie wszystkie układy da się w ten sposób polutować. Lutowaniu falą „wymyka” się w ten sposób część komponentów THT o nietypowych kształtach, oraz niektóre płytki PCB wrażliwe na zanurzanie w ciekłym lucie. Potencjalnych problemów jest niestety więcej, co objawia się wciąż zaskakująco powszechnym stosowaniem lutowania ręcznego w lutowaniu elementów przewlekanych. Jest to metoda powolna, uciążliwa i obarczona dużym ryzykiem błędu, dlatego stosuje się ją bardziej z konieczności, niż z realnej potrzeby.
Pewną alternatywą dla procesów manualnych jest tzw. fala selektywna. Precyzyjna fala ciekłego lutu pracująca w niewielkim obszarze płytki, jest niewątpliwie bardziej elastyczna od klasycznej fali, z której się wywodzi. Niestety, jest to również rozwiązanie stosunkowo drogie i skomplikowane. Istnieje zatem pewnego rodzaju luka, pomiędzy wydajnymi, choć złożonymi i drogimi rozwiązaniami, a łatwo dostępnym, lecz nieefektywnym lutowaniem ręcznym.
Propozycją firmy Biall, wychodzącą naprzeciw tym zauważalnym potrzebom branży elektronicznej są roboty lutownicze marki Quick. Oczywiście roboty nie są w przemyśle niczym nowym, jednak kartezjańskie roboty lutownicze to urządzenia niewielkie (mieszczące się wręcz na biurku), łatwe w obsłudze i tanie. Konstrukcyjnie są bardzo podobne do popularnych obecnie drukarek 3D i to właśnie popularyzacja tej technologii przekłada się na obniżenie ceny oraz zwiększenie ergonomii.
Rys. 1. Głowica lutująca robota kartezjańskiego
Flagowy, 4-osiowy robot lutowniczy Quick 9494 to urządzenie operujące w prostopadłościennym polu roboczym 400 x 400 mm z dodatkową możliwością obrotu głowicy. Cykl pracy realizowany jest za pomocą klasycznego grotu i drutu lutowniczego w sposób tożsamy z lutowaniem ręcznym. Oznacza to, że robota niezwykle łatwo jest zaimplementować do już istniejącej linii lutowania manualnego. Umożliwiają to również niewielkie gabaryty urządzenia, które w wersji podstawowej mieści się na większości blatów roboczych. W takim przypadku rola operatora ogranicza się do umieszczania w polu roboczym maszyny podzespołów oraz ich odbierania po zakończeniu lutowania. Do obsługi nie jest wymagana specjalistyczna wiedza z zakresu automatyki, czy zaawansowana wiedza z zakresu lutowania (jak w przypadku fali). Zazwyczaj wystarczająca okazuje się być podstawowa znajomość przebiegu procesu lutowania ręcznego.
Rys. 2. Czteroosiowy robot lutowniczy Quick 9494
Rys. 3. Zaawansowany robot lutowniczy S100-T4 przystosowany do pracy w linii. Praca urządzenia jest w pełni kontrolowana z poziomu panelu HMI
Wspomniany robot Quick 9494 to najbardziej uniwersalne rozwiązanie, które w podstawowej, wolnostojącej wersji „desktop”, przeznaczone jest raczej do mniejszych zakładów. Wykorzystując jednak szeroki wachlarz opcjonalnych dodatków (m.in. pełna klatka bezpieczeństa z kurtynami świetlnymi, zintegrowany pochłaniacz oparów, czy generator azotu) bardzo łatwo jest dostosować urządzenie do najbardziej restrykcyjnych wymagań wielkoseryjnej produkcji.
Oczywiście, oferta kartezjańskich robotów lutowniczych Quick jest znacznie szersza. Obejmuje ona zarówno urządzenia o mniejszym, jak i większym polu roboczym (roboty Quick 9393 i 9595), niestandardowym zakresie ruchu głowicy, podwójnym blacie roboczym, czy wreszcie bardziej złożone rozwiązania w pełni przystosowane do pracy w linii produkcyjnej, jak roboty serii S100 (ze zintegrowanym transportem krawędziowym).
Kartezjańskie roboty lutownicze oczywiście nigdy nie zbliżą się wydajnością do procesów lutowania falą, czy rozpływowego, nie taka jest jednak idea ich stosowania. Wprawdzie jest to metoda szybsza od lutowania ręcznego (głównie dzięki szybkim ruchom głowicy i automatycznemu podawaniu cyny), jednak główne korzyści to niezwykle wysoka powtarzalność i precyzja ruchów maszyny. Można powiedzieć, że zapewniają one zachowanie wszystkich zalet procesu manualnego przy wyeliminowaniu niemal każdej z jego wad.
Podsumowując, niemal wszędzie tam, gdzie obecnie stosuje się lutowanie ręczne opłacalnym byłoby wprowadzenie kartezjańskiego robota lutującego. Nielicznymi wyjątkami może być lutowanie pojedynczych układów (do kilkudziesięciu sztuk), czy lutowanie prototypowe lub serwisowanie już istniejących modułów. Lutowanie robotem będzie zatem elastyczne, powtarzalne oraz relatywnie szybkie. Nie zastąpi ono wydajniejszych procesów, jednak można założyć, że robot dzięki swojej elastyczności świetnie wspomaga i uzupełnia proces wytwórczy, w miejscach gdzie wiodące metody nie mogą być zastosowane (lub po prostu się to nie opłaca). Taka również jest idea powszechnie stosowanego lutowania ręcznego, obarczonego jednak bardzo poważnymi wadami.
Rys. 4. Zintegrowany, automatyczny transport PCB w zaawansowanych robotach Quick
Kontakt:
Dawid Stanecki – Inżynier dawid.stanecki@biall.com.pl mobile: +48 503 098 483
Biall Sp.z o.o. (Oficjalny Dystrybutor Quick)
Tel.: +48 58 322 11 91