Colocación de fibra robótica, avances de estímulo de impresión 3D

Las ventajas prometidas por Industry 4.0 se están realizando en Ingersoll Machine Tools en Rockford, Ill. La simulación de diseño de máquinas "gemelos digitales", una mayor inteligencia robótica y el movimiento complejo son las herramientas esenciales aquí. Esas herramientas están haciendo que la producción de moldes a gran escala, el mecanizado de piezas y la automatización de procesos sean accesibles para los sectores más amplios de la industria aeroespacial, marina y otros.

“La disrupción prometida por Industry 4.0 ya comenzó”, dijo Jason Melcher, vicepresidente de ventas de Ingersoll. "Lo que es aún más notable es que está sucediendo en la industria aeroespacial, donde el diseño de máquinas para mejorar la producción de moldes y piezas es lo más grande de lo grande, lo más difícil de lo difícil".

“Aquí, la impedancia del proceso se evalúa no solo hora a hora, sino minuto a minuto y libras por hora”, explicó Melcher. "Estamos viendo una mayor capacidad de fabricación, respaldada en el futuro por la plataforma de tecnología de movimiento y CNC superior de la industria aeroespacial".

La mejora de procesos siempre ha sido importante en Ingersoll. Durante muchos años, los ingenieros mecánicos, de software y de procesos de la empresa se han asociado con los ingenieros de Siemens para desarrollar diseños de máquinas de gran formato de última generación.

Pero, ¿qué están haciendo exactamente Ingersoll y Siemens para que sea un verdadero avance?

Ahora, estas dos empresas de tecnología se están asociando con equipos de ingeniería de clientes para inventar, validar y mitigar el riesgo. Están colaborando a mayor escala, donde la colocación de fibra robótica inteligente y la producción masiva de piezas de impresión/fresado ya no son una visión sino una realidad.

Colocación de fibra robótica

Un jugador de larga data en la colocación automatizada de fibra (AFP) para la industria aeroespacial, la incursión de Ingersoll en la robótica de alta gama parece una progresión natural. La ambición de la empresa ha sido hacer que la colocación de fibra robótica sea asequible para los productores de piezas aeroespaciales de segundo y tercer nivel. Pero ese ascenso al mercado aeroespacial se vio frenado por varias realidades terrestres, incluida la inexactitud histórica del posicionamiento robótico a gran escala, la falta de control robótico a nivel del operador de la máquina y el alto costo de diseñar y construir a gran escala, personalizado. Sistemas AFP.

Posicionamiento robótico preciso: Incluso en los últimos años, la precisión de posicionamiento de la robótica a gran escala no ha sido mejor que aproximadamente 5 mm y con poca repetibilidad. Para hacer frente a esta limitación, Siemens evolucionó su potente CNC Sinumerik 840D sl para incluir Run MyRobot, su software de compensación robótica altamente sofisticado.

Esto ha permitido a Ingersoll integrar la robótica en sus nuevos diseños de máquinas de colocación de fibra Robotic FP, logrando precisiones de posicionamiento robótico repetibles de menos de 1 mm. La precisión se mantiene tanto para el movimiento robótico estándar como para el inverso.

Control robótico en la máquina: El movimiento robótico de una máquina Robotic FP se controla fácilmente en la máquina mediante la interfaz Siemens Sinumerik CNC Operate. La interfaz gráfica e intuitiva del control es universal en toda la plataforma de controles Sinumerik CNC. Los clientes aeroespaciales pueden lograr mayores eficiencias de proceso en toda la planta a medida que los operadores se familiaricen rápidamente y sean eficientes utilizando una interfaz que permanece igual de máquina a máquina, incluso cuando se cambia de robots de tres ejes a cinco o seis ejes con muchos más ejes (plataforma giratoria, mandril, carril lineal, etc.). La experiencia del operador es la misma, ya sea controlando la colocación de fibra tradicional, la colocación de fibra robótica, la impresión 3D, la impresión 3D robótica o cualquier proceso de mecanizado CNC.

Simulación de diseño de máquinas: La industria de las máquinas herramienta ha anticipado durante mucho tiempo la capacidad de diseñar, probar y rediseñar virtualmente el gemelo digital de una máquina, un molde o una pieza antes de pasar a la producción real. En la industria aeroespacial, el gran tamaño de una máquina o una pieza ha hecho que la creación de prototipos físicos sea especialmente costosa.

La creación tradicional de prototipos de prueba y error produciría pérdidas masivas en tiempo y material. Para escapar de estas limitaciones, los ingenieros de software de Ingersoll desarrollaron un software de simulación que permite a los ingenieros de procesos diseñar y desarrollar virtualmente una máquina, un molde o una pieza. El software envuelve el software de simulación Siemens Virtual NC Controller Kernel (VNCK). El controlador procesa y simula prácticamente todos los datos del ciclo de mecanizado y las trayectorias de herramientas exactamente como se realizarían en la máquina real, y la interfaz Sinumerik Operate muestra gráficamente esta simulación de gemelo digital exacta.

Impresión y fresado 3D a gran escala

Las impresoras 3D de termoplásticos más grandes del mundo atraen la atención inmediata de los ingenieros aeroespaciales cuando ingresan al inmenso Centro de desarrollo de Ingersoll Machine Tools.

Habiéndose ajustado al tamaño de la máquina MasterPrint, lo que llama la atención de los ingenieros es la perspectiva de una creación de prototipos más rápida, tiempos de entrega más cortos y reducciones del 90 por ciento en los costos de fabricación. La innovación de Ingersoll continúa con el desarrollo de MasterPrint 5X, una máquina de impresión y fresado lista para usar con avances de productividad aún mayores que nuevamente está habilitada por la plataforma CNC Siemens Sinumerik 840D sl.

Michael Falk es ingeniero en mecatrónica y líder del equipo de ventas de Siemens que ha apoyado a Ingersoll en el lanzamiento de la serie MasterPrint. Falk ha sido testigo a menudo de las reacciones de los ingenieros aeroespaciales que visitan el Centro de desarrollo de Ingersoll y puede atestiguar por qué el factor "5X" es una gran atracción. “El noventa por ciento de las veces, todo lo que se imprima en 3D deberá ser fresado”, dijo Falk. “La nueva MasterPrint hace exactamente eso como una operación llave en mano para producir las piezas más grandes del mundo que incorpora tecnología de cabezal de cambio automatizado, desarrollada por Ingersoll y respaldada por Siemens”.

Falk dijo que lo que los ingenieros aeroespaciales y navales ahora están presenciando en Ingersoll es su capacidad para explorar objetivos de mejora de procesos que alguna vez fueron inalcanzables. “En octubre de 2019, la Universidad de Maine recibió tres récords mundiales Guinness por imprimir en 3D un bote de 25 pies de largo que realmente puede flotar y transportar personas”, dijo. “Lo que es notable es que los ingenieros de Ingersoll han superado el récord de tamaño varias veces desde entonces”.

Eficiencia de impresión del molino: El enfoque de MasterPrint para la impresión 3D de gran formato combina la velocidad amplificada, la destreza y la precisión del movimiento de cinco ejes. El mismo pórtico ahora puede interactuar con las funciones de impresión, fresado, colocación de fibra, colocación de cinta, inspección, recorte y más.

Impresión 3D desde cualquier ángulo: Ingersoll está lanzando la nueva MasterPrint 5X, dijo Falk. La máquina puede imprimir desde cualquier ángulo para aprovechar al máximo. Por lo tanto, ahora puede fabricar rápidamente un molde o una pieza masiva utilizando la secuenciación más eficiente. La boquilla de impresión de cinco ejes cambia de orientación en consecuencia para imprimir piezas mucho más complicadas.

Sincronización de alta velocidad: “Las acciones de sincronización durante la impresión 3D es donde ocurre gran parte de la magia”, dijo Falk. “Obtiene piezas de gran apariencia con geometría de cordón consistente. La impresión se ralentiza solo cuando es necesario en las esquinas y luego reanuda la velocidad óptima. Las esquinas no están sobrecargadas. No hay problemas de relleno, ni estrechamiento del cordón, ni vacíos en las herramientas ni acumulación de material en el interior de la pieza”.

Impresión 3D robótica: Ingersoll ha aprovechado al máximo Sinumerik Run MyRobot/Direct Control, el software de compensación robótica que ahora es una característica clave del CNC Siemens Sinumerik 840D sl. Ingersoll ofrece una amplia gama de sistemas robóticos en los que el CNC de la máquina puede controlar varios módulos operados por el mismo robot.

Conjuntos de herramientas para el futuro

Jason Melcher y Michael Falk han sido testigos de un entusiasmo implacable entre los ingenieros de Ingersoll Machine Tools que plantean preguntas exploratorias en una cultura de apoyo. Describen un entorno de laboratorio en el que un ingeniero de procesos recién egresado de la universidad aprende rápidamente cosas que ni siquiera los cursos de mecatrónica más avanzados cubren.

En Ingersoll, los ingenieros enfrentan el desafío de inventar, validar, aprender y construir un mejor proceso de mecanizado, y se les han proporcionado las herramientas para hacerlo.

“Siemens trae una caja de herramientas abierta al proceso de diseño de máquinas”, dijo Falk.

“Tiene el control Sinumerik 840D de cinco ejes, un conjunto completo de motores, accionamientos y componentes. Tiene software de simulación y una invitación abierta a la innovación de terceros. Todo se une, con el Sinumerik CNC y su equivalente virtual, el kernel VNCK, convirtiéndose en el cerebro de un proceso de mecanizado mucho más evolucionado”.

Nate Haug es ingeniero de procesos en Ingersoll. Es uno de los muchos ingenieros inspirados de la empresa que da fe de las ventajas de utilizar un conjunto más abierto de herramientas de control de movimiento y CNC. “Siemens comienza con un lenguaje de programación que nos permite hacer mucho más de lo que podríamos hacer usando un control basado en “solo código G”, dijo Haug. “Hay dos conjuntos de herramientas, en realidad. Uno es el lenguaje de Siemens que permite una gama abierta de funciones y variables. El otro conjunto de herramientas nos permite inyectar funciones condicionales en el cerebro del NC. Sin estos dos conjuntos de herramientas, no podríamos hacer lo que hacemos. Estamos usando el 840D en una máquina de colocación de fibra, en una máquina de colocación de fibra robótica, en una impresora 3D, en una impresora 3D robótica, en máquinas herramienta con dos cabezales, con vertical, con cinco cabezales, básicamente con cualquier configuración”.

Haug dijo que además de realizar mejoras entre las máquinas existentes en Ingersoll, él y sus colegas ingenieros están utilizando sus conjuntos de herramientas CNC Siemens Sinumerik para investigar vías para el desarrollo de nuevas máquinas. Una de esas vías es la investigación de materiales.

“Cada material tiene sus propias propiedades de flujo”, explicó Haug. “El control de Siemens nos permite modificar características en el código para ajustarlo al material.

La plataforma CNC nos permite investigar una gama más amplia de materiales”.

Las preguntas sobre las propiedades de los materiales exploran variables como la resistencia, la contracción, la deformación y el uso de materiales isotrópicos versus anisotrópicos. Las soluciones materiales surgen en los ámbitos de la creación rápida de prototipos para aplicaciones civiles, de defensa e infraestructura. También surge el concepto de una impresora única en su tipo, que puede respaldar iniciativas ambiciosas, como materias primas de base biológica que utilizan celulosa derivada de recursos madereros.

Autosupervisión de la máquina:si bien las inspecciones visuales realizadas manualmente siguen siendo comunes hoy en día, se están convirtiendo en respuestas analógicas a un desafío de producción cada vez más automatizado digitalmente.

Ingersoll ve que pronto llegará el día en que las inspecciones sean una función rutinaria de la máquina como un proceso secundario. Un proceso de maquinado de colocación de fibra monitoreará la disposición, verificará si hay defectos y asegurará la precisión y confiabilidad de la pieza. Del mismo modo, un proceso de impresión 3D híbrido algún día imprimirá y mecanizará de forma consecutiva con un proceso de autosupervisión perfectamente integrado.

El desarrollo de estos procesos automatizados de autoinspección ya está respaldado por la plataforma de control de movimiento y CNC de Siemens, que rige el posicionamiento preciso y la retroalimentación de posición. Una máquina puede detectar, rastrear y reportar cualquier variación.

Como han demostrado Ingersoll y Siemens, las ventajas prometidas de Industry 4.0 se están implementando hoy. Habiendo eliminado los límites de la colocación de fibra robótica de gran formato y la impresión 3D, ahora aumentan las expectativas para realizar mejoras revolucionarias en todo el proceso de producción de piezas.

“Es un pensamiento más amplio”, dijo Jason Melcher de Ingersoll. “Cuando visitamos a un cliente, es para explorar la mejora del proceso. No se trata de una línea de máquinas que tienen características y funciones fijas. Estamos entrando en conversaciones sobre mejoras de procesos personalizados”.

Para los ingenieros de los sectores aeroespacial, marino y otros sectores progresistas, la innovación a mayor escala significa que ahora tienen una caja de herramientas ilimitada desde la cual explorar como nunca antes.