Fabricación Aditiva Robótica


Podría la fabricación aditiva robótica ser el futuro para un sector que todavía tiene muchas limitaciones?

La fabricación aditiva es un nuevo concepto de producción a través del cual el material (plástico o metal) es depositado capa a capa de manera controlada. Con esta técnica, que comúnmente se conoce como impresión 3d, se producen formas geométricas personalizadas según las necesidades de cada sector.

Mientras que la fabricación aditiva tiene muchas ventajas, como su capacidad para construir geometrías complejas, todavía es una técnica limitada de varias maneras.

Sin embargo, una tendencia que se está desarrollando libera la fabricación aditiva de sus confines, integrándolo con la robótica. Podría ser este el futuro para el sector?

Hay dos factores que están impulsando su desarrollo actual: la necesidad de construir componentes más grandes que son posibles con los dispositivos convencionales de aditivos cerrados, y un deseo de integración de la fabricación aditiva con otros sistemas de producción automatizados convencionales, tales como el mecanizado.

“Los robots han sido parte de la producción integrada desde hace muchos años, mientras que, si se piensa en las impresoras 3D - arquitectura especialmente abierta, y me refiero a dispositivos que se pueden conectar a un sistema SCADA en una línea de producción - todavía están en su infancia,” dijo Reeves, Vicepresidente de consultoría estratégica de la especialista aditiva Stratasys. “También está el hecho de que la fabricación de aditivos a menudo requiere un post-procedimiento, ya que es un poco mecanizado para recoger datos físicos, de inspección post-proceso, acabado de superficie, lijar o pintura. Y, de hecho, todos estos procesos se llevan a cabo por los robots en la industria. Por lo tanto la integración de las máquinas aditivas con un robot significa que se puede desarrollar una arquitectura de producción completa alrededor de la robótica“.

Orígenes en soldadura

Actualmente, la mayoría de la impresión 3D robótica se lleva a cabo mediante el montaje de un brazo robótico o un sistema de coordenadas; es decir, el deslizamiento de un cabezal de impresión a lo largo de una viga que se desliza a lo largo de los carriles de un pórtico. Este tipo de tecnología se originó en el sector de la soldadura, dijo Reeves.

Un ejemplo de esto, añadió, es un sistema israelí llamado MASSIVIT, que está equipado con dos brazos robóticos y extruye un gel con una consistencia pastosa que se cura por la luz UV; que es capaz de construir objetos de hasta 1,8 x 1,5 x 1,2 m de tamaño.

Por supuesto, como con muchas técnicas de ingeniería, hay ventajas y desventajas. Lo que gana la fabricación aditiva robótica en mejorar la capacidad de producción de objetos de gran tamaño e integrarse con otros procesos, lo pierde en precisión.

Con sede en Londres, AI Build, ilustra perfectamente el valor de control. Utilizan un hardware bastante simple - cabezales de filamento de polímero para extrusión en un brazo robótico estándar de seis ejes polares - la compañía se centra en el entorno construido y el uso de softwares de inteligencia artificial para planificar los movimientos de los brazos y asegurar la exactitud y la integridad estructural. AI Build produce elementos que miden hasta 3,2 x 2,4 x 2,8 m en múltiples materiales, que se utilizan en las ferias, en galerías de arte y en las universidades.

“Los robots no son las cosas más precisas del mundo,” dijo Reeves. “Usted tiene que gastar un montón de dinero en un robot de mucha capacidad para conseguir cualquier clase de exactitud de él".

El Instituto de soldadura (TWI), la organización con sede en Cambridge que fue pionera en técnicas aditivas de metal, desarrolló una serie de sistemas que utilizan la robótica para controlar cabezas de deposición (Deposición es un proceso termodinámico en el cual un gas se transforma en un sólido) y las utiliza para construir componentes aeroespaciales altamente precisos.

Carl Hauser, un consultor de TWI en la fabricación de aditivos Leeds, explicó que se utiliza la deposición de metal por láser (LDM) - donde un láser crea un 'baño de fusión' sobre un sustrato metálico que se alimenta de metal en polvo (esto se desarrolló a partir de procesos de revestimiento láser ) - para producir carcasas de motores de avión y turbinas de gas. “Esto es algo a gran escala que sería demasiado grande para un sistema de powder-bed, pero se adapta muy bien para este tipo de arquitectura abierta”, dijo. “Construimos estructuras de paredes delgadas, de 800μm a 2 mm de espesor y 300 mm de hasta 1,5 m de diámetro".

Las predicciones de Reeves son más ambiciosas. “Definitivamente veremos máquinas e híbridos cada vez más integrados en las líneas de producción, que en cierto modo es una extensión de algo que ya vemos, dijo. “Hemos visto un montón de configuraciones propuestas, a través de poner las impresoras 3D en aviones no tripulados, y esquemas de cosas como la superficie sobre orugas que hacen reparaciones. Así que si usted toma un gran barco o embarcación que requiere reparación o revestimiento, tendría un robot equipado con óptica que detecta si hay algo que tiene una grieta o se desgasta, lo que potencialmente se pule, vuelve a explorar y así sucesivamente. Estoy seguro de que en algún momento vamos a ver esto en robots más inteligentes con Inteligencia Artificial en ellos “.

Remanufactura

Reeves describe la remanufactura como la eliminación del desgaste o materiales fuera de la tolerancia de un componente y la reconstrucción mediante el depósito de material fresco. La remanufactura es un enfoque del trabajo de TWI con LDM - Moldes de reparación de superficies de herramientas y componentes aeroespaciales y de defensa de alto valor - y está siendo investigado por Rolls-Royce para la reparación de palas de turbinas de motores a reacción desgastadas. Es también el enfoque de Hybrid Manufacturing Technologies, cuyo director ejecutivo, Jason Jones, es identificado por Reeves como uno de los pioneros en la integración de técnicas aditivas con la robótica.

“El objetivo de por qué hacemos esto es doble,” dijo Jones. “Una de ellas es que la fabricación de aditivos convencionales no entrega el acabado superficial y precisión que estábamos acostumbrados con el mecanizado CNC más convencional, por lo que parte de la motivación era ser capaz de construir una pieza y terminarla in situ".

“La segunda motivación era combinar varios tipos de técnicas de aditivos en el mismo espacio. Nos tomó cuatro años una parte del proyecto financiado por el Consejo de Estrategia Tecnológica y ocho o nueve sociedades, entre Renishaw, Delcam y TWI. Hemos sido capaces de demostrar una solución de refabricación completamente automatizada que involucra tomar un componente viejo, medirlo, remover el material que está desgastado, utilizar técnicas aditivas de metal para la deposición y luego cambiar a mecanizado, todo ello utilizando una plataforma de eliminación máquina-herramienta. Por lo que se sabe, fue el primer intento de modularizar el aditivo e integrarlo con otras plataformas utilizando una arquitectura abierta “.

Según Jones, las técnicas robóticas son particularmente adecuadas para procesos aditivos que utilizan materiales más duros y rígidos. Reconoció que los sistemas de arquitectura abierta tienen limitaciones, “pero estamos muy cómodo fuera de la caja”.

En el mundo de la Ingeniería Civil hay muchas cosas que se están desarrollando silenciosamente y que debemos conocerlas para innovar cada día más en un sector que aún no ha rebasado ni siquiera el 10% de su capacidad, aún con toda la tecnología que hoy día existe.

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