La impresión 3D mejora la automatización en fabricación metálica

La inspección manual de piezas a intervalos regulares causaba que esta celda de torneado automatizada pausara la producción. La impresión 3D de un canal de recolección para entrega fuera de la celda eliminó ese problema. (Todas las fotos son cortesía de Superior Metal Products, salvo indicación).

Hace un año, pude visitar Superior Metal Products en Omaha para escribir sobre una celda robótica compleja en la que un centro de torneado de doble husillo Doosan TW2600 realizaba operaciones de frente en una familia de componentes de bomba de hierro dúctil fundido. En resumen, esa celda contaba con un transportador de entrada alimentando piezas a un robot FANUC que las cargaba en la máquina, y luego descargaba piezas completadas y las colocaba en un carrito.

Esta era la segunda celda de mecanizado robótico del taller. La primera, instalada en 2018, cuenta con un centro de torneado Okuma LB3000 EXII corriendo desatendido gracias a una unidad de carga robótica y almacenamiento de piezas LoadAssistant de Halter. Esta unidad autónoma, instalada justo al lado izquierdo de la puerta de la máquina, cuenta con un robot FANUC y una mesa indexable de dos lados para sostener tarugos de material y piezas completadas, respectivamente. Los operadores pueden acceder de forma segura a la mitad de la mesa para remover piezas completadas y cargar nuevos tarugos mientras el robot manipula material para servir a la máquina en la otra mitad.

Esta foto, tomada antes de añadir el canal de recolección, muestra cómo el operador tenía que entrar en el área del robot para acceder a una pieza para inspeccionar.

Una cerca parcial separa al operador de la porción de la mesa de almacenamiento que el robot puede acceder. Sin embargo, el área frente a la puerta de la máquina está abierta para permitir al operador acercarse cuando sea necesario. Esto es posible porque el escáner láser de la unidad puede detectar cuando el operador se acerca a esa zona. Activa al robot para reducir velocidad cuando una persona entra en una zona de seguridad exterior definida y detenerse si entra en la zona interior definida más cerca de la máquina y robot.

A lo largo de los años, esta configuración ha permitido a Superior Metal Products lograr una buena cantidad de operación desatendida. Dicho esto, la inspección requerida de piezas en intervalos definidos significaba que el operador tenía que entrar en las zonas de seguridad para acceder a piezas y medir, interrumpiendo temporalmente la producción. Un ingenioso canal de recolección de piezas de plástico impreso en la impresora 3D de escritorio del taller e instalado en la cerca del LoadAssistant resolvió ese problema. El robot ahora puede dejar caer las piezas a inspeccionar por el canal donde el operador puede acceder a ellas en una bandeja sin entrar en las zonas de seguridad escaneadas por láser y sin detener la producción. De hecho, este es solo un ejemplo de cómo Superior Metal Products ha usado su impresora 3D para crear artículos que no solo son útiles en el taller, sino que quizás son más fáciles de crear que por mecanizado tradicional.

Impresión como alternativa al mecanizado

Superior Metal Products cuenta con gran cantidad de equipos en su instalación de 30.000 pies cuadrados. Esto incluye VMC, HMC y centros de torneado, así como equipos de tallado, bruñido, rectificado, lapeado, soldadura y balanceo. La impresora 3D de plástico del taller, un modelo Lulzbot TAZ-6 de escritorio, se compró a finales de 2017.

El primer paso para impresión 3D es crear un modelo CAD de la(s) pieza(s). Aquí un modelo de los componentes que componen el canal de recolección.

Frank O'Connor, presidente de Superior Metal Products, dice que aunque no sabía exactamente cómo la impresora podría ayudar a soportar las necesidades del taller, el momento se sintió derecho para comprarla y experimentar. Desde entonces, el taller ha impreso varios artículos que han demostrado ser valiosos para apoyar diversos procesos de mecanizado y manufactura en su instalación.

"Es asombroso cuántos usos internos puede tener un taller típico para artículos impresos en 3D", dice O'Connor. "Aunque es cierto que algunos artículos pueden mecanizarse, producirlos vía impresión 3D a veces es el camino más fácil".

Explica que con impresión 3D, crea un modelo CAD de la pieza; establece unos pocos parámetros de impresión, incluyendo temperatura, porcentaje de relleno (geometría interna) y grosor de pared; presiona "imprimir"; y regresa después para encontrar una pieza completada en la placa de construcción. Con mecanizado, tendría que crear un boceto o ese mismo modelo CAD; escribir un programa CNC (para entonces, la impresora 3D podría estar imprimiendo la pieza y él podría estar en otra cosa); encontrar y aserrar tarugos de material; reunir herramientas de corte y posiblemente dispositivos de sujeción; configurar la máquina; y, finalmente, inspeccionar la pieza mecanizada. Esto consume no solo su tiempo sino el de una máquina que de otro modo podría estar corriendo piezas de producción.

"No estoy criticando el mecanizado. El mecanizado es mucho más genial que la impresión 3D", bromea O'Connor. "Además, mi sustento depende de la demanda de piezas mecanizadas. Pero, para piezas únicas o de bajo volumen que pueden funcionar segura y confiablemente cuando se hacen de materiales imprimibles, la impresión 3D es una buena opción".

Aquí la porción principal del canal a medio imprimir. Nota los soportes en el medio que se remueven una vez completa la impresión.

El canal con bandeja de recolección para la celda Okuma automatizada es un buen ejemplo. La entrada del canal está en el área protegida (dentro de la cerca y zonas escaneadas por láser) y su salida fuera de esa área. O'Connor dice que los beneficios no solo incluyen acceso a la pieza sin pausar producción y adherencia consistente a la frecuencia de inspección, sino también que el operador de la celda puede estar realizando una tarea cerca de la celda y echar un vistazo rápido a la presencia de pieza en la bandeja para saber si es hora de inspeccionar.

Una rutina personalizada en el control LoadAssistant de Halter toma datos conversacionales para registrar longitud de pieza y ajustar el punto de caídaAccordingly para asegurar entrada suave al canal.

O'Connor dice que la operación de caída de pieza del robot es una rutina personalizada creada vía el control LoadAssistant. El operador simplemente añade la rutina a la lista de tareas del robot y luego popula un valor de registro en el pendant de enseñanza FANUC para definir la frecuencia de caída para inspección. Cuando se cumple el conteo, la siguiente pieza terminada se coloca en el canal, en lugar de ser entregada a la mesa LoadAssistant. "Lo interesante de la rutina personalizada es que usa los datos conversacionales de Halter para registrar la longitud de la pieza y ajusta el punto de caída en consecuencia para asegurar entrada suave al canal", dice O'Connor.

Otros ejemplos de impresión

Durante mi visita en 2019, noté varios otros dispositivos útiles que Superior Metal Products ha diseñado e impreso para apoyar sus diversas necesidades de taller. Aquí ejemplos de uno que vi así como otros añadidos recientemente.

Bandejas impresas en 3D como esta que fotografié sostienen herramientas de cambio rápido usadas en un torno de doble torreta en otra celda de mecanizado automatizada. Las bandejas descansan en el borde del recinto de la máquina para fácil acceso del operador. O'Connor dice que también proporcionan al equipo de atención de la celda un indicador visual de cuáles herramientas necesitan índices de inserto o reemplazo mientras la celda corre. Cuando las bandejas están en la mesa de trabajo de la celda (fuera de la cerca de seguridad), herramientas con filos de corte apuntando hacia la máquina están listas para instalar, mientras que aquellas con filos apuntando fuera necesitan refrescar insertos antes del próximo ciclo de cambio.

Mordazas de torno como estas pueden imprimirse en 3D para acomodar formas semi-complejas. Estas se imprimieron en tereftalato de polietileno glicol (PETG) con relleno sólido. Pueden soportar 50 ft-lbs de torque de apriete de torno y se usaron para operaciones de fresado, taladrado, mandrinado y bruñido para esta pieza en particular. O'Connor señala que no hubo signos de degradación al final de la tirada de 25 piezas.

Este sistema modular de almacenamiento con bandejas y concepto común de rack de estación de trabajo se usa para sostener varios calibres de inspección. Calibres de pasadores, calibres de rosca, dispositivos de inspección específicos de pieza, etc., son preparados por personal de control de calidad y enviados al taller como parte de configuración/liberación de trabajo para producción.