Presso l’impianto di Obourg di Comet Traitement in Belgio, frantumatore di automobili, una macchina da 7.000 HP tratta 300 tonnellate di veicoli a fine vita ogni ora. Nelle immediate vicinanze si svolge però un processo completamente diverso, basato su un’automazione ad alta velocità: la linea “Megapicker”, con 18 robot SCARA Stäubli, separa le frazioni di metalli non ferrosi, 15.000 tonnellate all’anno, con un tempo ciclo di un secondo per robot.
Presso il sito Comet Metalsambre di Obourg, vicino a Mons in Belgio, è in corso una intensa movimentazione di metalli pesanti. In grandi quantità, i veicoli a fine vita vengono smontati e triturati. Il tutto richiede una massima precisione. Si tratta della fase finale del processo, come spiega Grégory Lewis, responsabile R&S di Comet: “Qui selezioniamo le frazioni di metalli non ferrosi derivanti dalla frantumazione e le prepariamo per il riutilizzo”.
Chiudere il cerchio con la “reverse metallurgy”
Questo rappresenta un grande progresso nella catena del valore del riciclo dei metalli. Grégory Lewis, responsabile R&D presso Comet, dice: “Parte del nostro processo di riciclo delle auto è la concentrazione dei metalli non ferrosi rimanenti all’interno di una frazione chiamata ZORBA, cioè zinco, alluminio (questa è la parte più grande) rame, ottone, acciaio inox e circuiti stampati. Eravamo abituati a esportare questo materiale in Asia, dove veniva selezionato manualmente e reinserito nella fusione. Dal 2017 abbiamo iniziato a pensare: ‘Potremmo ottenere questo tipo di materiale, valorizzarlo e usarlo in Europa?’”.
Quello fu il punto di partenza del progetto “reverse metallurgy”, ora messo in pratica con il Megapicker. Comet si è rivolta all’esperto di automazione Cilyx con sede a Liége, che aveva esperienza nella progettazione di processi altamente automatizzati basati su robot, ma non nel riciclo dei metalli. Grégory Reichling, CEO di Cilyx: “All’inizio dovevamo trovare una tecnologia per caratterizzare le frazioni di metallo singole per parti piccole in grandi quantità”. A tal fine, Cilyx e Comet hanno collaborato con l’Università di Liegi, che ha sviluppato un sistema di smistamento intelligente ad alta produttività che utilizza una combinazione di diverse tecnologie sensoriali: XRT (trasmissione a raggi X) per misurare la densità del materiale, scansione 3D per determinare i parametri di forma (incluso il centro di gravità) degli oggetti schiacciati, sistemi laser LIBS, e sensori di colore iperspettrali per misurare il loro spettro di riflettanza. Tutto ciò avviene in pochi secondi al punto di partenza della linea, e i dati dei sensori di ogni parte vengono combinati per determinarne il percorso attraverso la linea.
Smistare 1.500 pezzi metallici di forma irregolare al minuto
In parallelo, l’ingegnere di Cilyx ha affrontato un secondo compito: come si possono selezionare e ordinare 1.500 pezzi di metallo al minuto (cioè 90.000 pezzi all’ora), considerando che i pezzi hanno forme irregolari, con pesi da 20 g fino a 1 kg e lunghezze che variano da 20 a 100 mm? La risposta è semplice: prendere un nastro trasportatore lungo 50 m, guidalo a una velocità di 1 m/s, monta 18 robot Stäubli TS2-100 SCARA a quattro assi sopra il nastro e crea una modalità di controllo di “divisione del lavoro” per garantire che ogni robot funzioni continuamente, in modalità 24/7 e che rimanga un minimo di materiale non selezionato e non selezionato all’estremità del nastro. Oltre a questo, bisognava considerare anche l’economia. Grégory Lewis commenta: “Dobbiamo essere competitivi rispetto al settore dello smistamento manuale in Asia, che è molto economico”.
Design della pinza e concept del sistema di controllo
Ciò che è facile da descrivere a parole ha richiesto anni per essere realizzato nella pratica. Grégory Reichling afferma: “Abbiamo iniziato con una macchina di prova a dimensioni da laboratorio, che abbiamo migliorato e testato in molti cicli prima di ampliarne il processo e progettare una linea a grandezza naturale”.
Come è iniziato, invece, il processo di ingegneria? “Abbiamo iniziato con il sistema di presa – prosegue Reichling – che è stata una vera sfida. Ogni pezzo è diverso. Il sistema di presa deve afferrare il pezzo nel suo centro di gravità; deve tenere saldamente i pezzi, ma senza toccare la cinghia. Altrimenti, la durata della cinghia e del sistema di presa sarebbe stata limitata”.
Alta densità di dati e informazioni
Un’altra sfida era il controllo della linea, ossia garantire che ogni pezzo venisse afferrato da uno dei 18 robot con un tempo di ciclo di un secondo per ciascun robot. Ovviamente, il tasso di trasferimento delle informazioni è molto elevato: i dati combinati di 1.500 singoli pezzi devono essere convertiti in comandi per i robot. Ciò richiede, ad esempio, una comunicazione intensa tra i robot e il sistema di controllo superiore del Megapicker, basato su Siemens.
Per facilitare l’installazione, Cilyx ha deciso di creare moduli di quattro robot. Una volta che un modulo è installato e qualificato, gli altri possono essere copiati. Grégory Reichling spiega: “I robot sono diretti e controllati esclusivamente dal controllo centrale. Inviamo solo dati x/y/z e l’angolo per la posizione esatta a ciascun robot. C’è un solo ‘sensore intelligente’ alla fine della linea, che tiene traccia degli oggetti triturati, non identificati e non smistati”.
Precisi e resistenti: i robot SCARA
In un’applicazione di questo tipo – prelievo molto rapido di singoli pezzi da un nastro – i robot delta potrebbero essere la prima scelta. Questo è ciò che Cilyx ha fatto per la versione di laboratorio della linea, ma ha presto optato per i robot SCARA per il “vero” Megapicker per diversi motivi. Prima di tutto, poiché il gripper è piuttosto pesante e i pezzi triturati pesano fino a 1 kg, i robot delta non sono abbastanza forti. In secondo luogo, con il loro design resistente, i robot SCARA di Stäubli sono in grado di lavorare con alta precisione in un ambiente gravoso. Il terzo motivo riguarda non solo il tipo di robot, ma anche il suo produttore, come spiega Grégory Reichling: “Abbiamo ricevuto molto supporto da Stäubli durante lo sviluppo. Per noi, questa era una nuova applicazione con molte sfide. Le abbiamo affrontate insieme, come abbiamo fatto in altre applicazioni. Secondo noi, Stäubli offre un eccellente supporto nello sviluppo”.
di Cilyx, Olivier Loire, direttore dello stabilimento,
e Grégory Lewis, responsabile della ricerca e sviluppo presso Comet.
L’IA aumenta costantemente il tasso di rilevamento
Grazie all’integrazione dell’intelligenza artificiale, il tasso di rilevamento cresce continuamente. Grégory Lewis spiega: “Il materiale non rilevato viene reintrodotto nella circolazione una seconda volta e alimentiamo continuamente il controllo con nuovi dati. Questo ciclo autoapprendente migliora nel tempo. Attualmente, abbiamo raggiunto un tasso di smistamento del 96% e c’è ancora margine di miglioramento”. Anche altre funzionalità vengono continuamente ottimizzate. Grégory Reichling aggiunge: “Da quando il Megapicker è entrato in funzione, stiamo lavorando a migliorarne le prestazioni. Ad esempio, abbiamo ottimizzato il carico di lavoro di ciascun robot per garantire che lavorino tutti in perfetta sincronia”.
Integrazione di nuove tecnologie sensoriali
Oltre a questi miglioramenti, sono in corso ulteriori sviluppi. Grégory Lewis spiega: “Al momento, Cilyx e Comet stanno studiando l’aggiunta di un nuovo sensore laser, che perfezionerà ulteriormente il processo di smistamento. In questo modo, saremmo in grado di separare diversi tipi di alluminio e, di conseguenza, offrire un valore aggiunto maggiore ai clienti”.
Sebbene il Megapicker sia in costante miglioramento, gli esperti di Comet sono già molto soddisfatti del sistema esistente, sia dal punto di vista tecnico che commerciale. Grégory Lewis afferma infatti: “Ci aspettiamo un ritorno sull’investimento (ROI) entro cinque anni. Inoltre, la sostenibilità è aumentata grazie al tasso di riciclo e i materiali in metallo prezioso possono essere riutilizzati senza ‘downcycling’ e all’interno dell’Europa. Si tratta di una vera situazione vantaggiosa per tutti e di un eccellente esempio di ‘metallurgia inversa'”.
Anche altre realtà sono coinvolte in questo successo: l’Università di Liegi ha già avviato una nuova azienda che si concentra sull’apertura di nuove applicazioni e sulla ricerca di clienti per il sistema di rilevamento e caratterizzazione delle frazioni di metalli non ferrosi.
