Combinando impresión 3D y robótica para crear fábricas inteligentes

La impresión 3D combinada con robots industriales podría ser un enfoque novedoso pero prometedor para la fabricación.

Dos impulsores principales están impulsando su desarrollo:la necesidad de crear objetos grandes de forma aditiva de manera más precisa y repetida, y también la oportunidad de lograr una producción más automatizada e integrada con la impresión 3D. A medida que evolucionen las tecnologías de fabricación, esta combinación podría ser una de las soluciones para el movimiento creciente hacia una mayor digitalización y fabricación inteligente.

¿Combinando robótica e impresión 3D?

La combinación de los robots industriales y la impresión 3D se puede lograr de dos formas. La primera forma es equipar un brazo robótico con un cabezal de deposición de material.

Stratasys ha hecho precisamente eso con su Demostrador 3D compuesto robótico, presentado en IMTS en 2016. El cabezal de extrusión basado en la tecnología FDM de Stratasys se combinó con el hardware industrial de control de movimiento de 8 ejes, lo que permitió la producción de piezas más grandes, ligeras y precisas a partir de filamentos termoplásticos.

Otra forma de unir la impresión 3D y la robótica es mediante la creación de una solución integrada en la que los robots industriales ayuden a la impresión 3D en varias etapas de producción. Un buen ejemplo es el servicio de impresión 3D con sede en EE. UU., Voodoo Manufacturing, que ha creado un robot industrial para automatizar el proceso manual de reemplazo de la placa de impresión de una impresora, aumentando la productividad en la fábrica.

El posprocesamiento de piezas impresas en 3D también se puede automatizar con la ayuda de la robótica. Methods 3D, una empresa de impresión 3D de EE. UU., Demostró el lavado, el curado y el acabado final automatizados de piezas fabricadas de forma aditiva, habilitado por los brazos robóticos de Fanuc, en IMTS 2016.

Los beneficios de la robótica

Los robots industriales son máquinas automatizadas capaces de alta repetibilidad y libertad de movimiento en múltiples ejes. La impresión 3D es conocida por la capacidad de crear piezas con geometrías complejas de una manera rápida y rentable. Cuando se combina, la fabricación aditiva robótica puede potencialmente crear objetos a gran escala.

Con un brazo robótico de ejes múltiples, una impresora 3D robótica puede moverse en varias direcciones e imprimir en 3D en diferentes ángulos, ampliando aún más la libertad de crear formas complejas. Además, este tipo de tecnología normalmente no utiliza ninguna estructura de soporte. Aunque esto significa que los objetos hechos con impresión 3D robótica deben ser autosuficientes, este desafío se puede resolver reorientando la plataforma del edificio, haciendo posible los voladizos.

La combinación de robótica e impresión 3D también es beneficiosa en términos de una mejor gestión de materiales. La impresión 3D reduce el desperdicio de material, ya que el material se deposita solo donde se necesita. Por tanto, la impresión 3D robótica presenta un enfoque sostenible de la fabricación.

Si bien el mercado de la fabricación aditiva robótica está todavía en su infancia, ofrece soluciones, utilizando diversos materiales y tecnologías, para una serie de industrias.

Por ejemplo, la industria de fundición de metales puede beneficiarse del sistema Robotic Additive Manufacturing (RAM), desarrollado por Viridis3D. Actualmente, Viridis3D ofrece cuatro sistemas RAM, desarrollados en asociación con EnvisionTEC. A diferencia de la impresora 3D robótica basada en FDM de Stratasys, el sistema RAM incluye tecnología de inyección de aglutinante y funciona principalmente con arena. Utiliza un brazo robótico industrial de ABB con un cabezal de inyección de tinta, que deposita capas de arena y aglutinante líquido sobre una plataforma de impresión. La arena se fusiona gradualmente, creando un gran objeto sólido.

Uno de los usuarios del sistema RAM, Hazleton Casting Company, cree que la impresión 3D en arena robótica es un cambio de juego para la industria de fundición de metales, en parte porque proporciona una plataforma escalable para producir productos personalizados, Núcleos y moldes de arena geométricamente complejos más rápido y bajo demanda.

Impresión 3D y robótica:casos de uso

La industria de la construcción podría ser uno de los mayores beneficiarios de la impresión 3D robótica. Algunas empresas de construcción han recurrido a los brazos robóticos industriales para imprimir en 3D con una variedad de materiales.

La empresa francesa XtreeE, por ejemplo, ha equipado un brazo robótico de ABB con una extrusora de hormigón para crear diseños geométricos complejos. estructuras de hasta 14 m. Esta impresora 3D permite a los diseñadores y arquitecturas experimentar con diferentes formas gracias a la libertad de movimiento del brazo robótico industrial. En asociación con empresas de ingeniería civil y arquitectura, XtreeE ha desarrollado una impresionante cartera de proyectos. Explorando los conceptos de diseño y construcción sostenibles, los proyectos de XtreeE incluyen paneles de fachada, columnas, bancos e incluso pabellones impresos en 3D.

También es posible la fabricación aditiva robótica con metal. MX3D Metal es un gran ejemplo de impresora 3D híbrida, desarrollada por la empresa holandesa MX3D. La impresora 3D combina un robot industrial y una máquina de soldar para crear grandes construcciones metálicas tridimensionales. Usando una variedad de metales en forma de alambre, la máquina derrite y fusiona una pequeña cantidad de material a la vez, produciendo una estructura de forma libre sin usar soportes. La compañía fue noticia con el puente de acero de 12 metros de largo impreso en 3D el año pasado, que se finalizará e instalará a fines de 2018.

Otra empresa que promueve las aplicaciones de impresión 3D robótica en la construcción es Ai Build, con sede en Londres. Desde su fundación en 2015, Ai Build ha estado desarrollando inteligencia artificial y visión por computadora para su uso con impresión 3D a gran escala. Esto resultó en AiMaker, un cabezal de herramienta de impresión 3D robótico, impulsado por IA, que se puede conectar a cualquier brazo robótico, lo que permite la fabricación aditiva de piezas arquitectónicas a gran escala de plástico. Los algoritmos de IA en combinación con sensores y cámaras permiten a AiMaker monitorear el proceso de impresión y detectar cualquier problema que ocurra.

Mirando hacia el futuro

Los robots industriales inteligentes y las máquinas aditivas combinadas con inteligencia artificial podrían tener una gama mucho más amplia de aplicaciones, incluida la reparación inteligente y automatizada. La Universidad Tecnológica de Swinburne, en asociación con el Centro de Investigación Cooperativa de Fabricación Innovadora (IMCRC) y Tradiebot Industries, está trabajando en un proyecto llamado Repair Bot. El proyecto tiene como objetivo el desarrollo de un servicio de reparación automatizado de piezas de plástico para automóviles. El escaneo 3D y la impresión 3D se utilizarán para crear una pieza de repuesto, mientras que los robots industriales automatizarán el proceso de ensamblaje.

En última instancia, la combinación de fabricación aditiva y robótica es beneficiosa no solo porque hace posible grandes escalar objetos impresos en 3D. En el panorama general, los robots industriales ayudan a integrar la tecnología con los sistemas de producción automatizados convencionales. La automatización de la fabricación aditiva y su integración en el panorama industrial eventualmente abrirá muchas oportunidades para la fabricación inteligente del futuro.