La impresión 3D crea una ventana de oportunidad de automatización

La inspección manual de piezas a intervalos regulares provocó esta automatización girando la celda para pausar la producción. La impresión en 3D de un conducto de recolección de piezas para su entrega fuera de la celda eliminó ese problema. (Todas las fotos son cortesía de Superior Metal Products, excepto donde se indique lo contrario).

Hace un año, pude visitar Superior Metal Products de Omaha para escribir una historia sobre una celda robótica compleja en la que un centro de torneado de doble husillo Doosan TW2600 realizaba operaciones de refrentado en una familia de componentes de bomba de fundición dúctil. En resumen, esa celda presentaba un transportador de entrada que alimentaba las piezas de trabajo a un robot FANUC que las cargaba en la máquina y luego descargaba las piezas completas y las colocaba en un carro.

Esta fue la segunda celda de mecanizado robótico del taller. El primero, instalado en 2018, cuenta con un centro de torneado Okuma LB3000 EXII que funciona sin supervisión gracias a una unidad robótica de carga y almacenamiento de piezas de trabajo LoadAssistant de Halter. Esta unidad autónoma, que se instala justo en el lado izquierdo de la puerta de la máquina, cuenta con un robot FANUC y una mesa indexable de dos lados para sostener materiales en bruto y piezas completas, respectivamente. Los operadores pueden acceder de forma segura a la mitad de la mesa para retirar piezas terminadas y cargar nuevos espacios en blanco mientras el robot manipula el material para servir a la máquina en la otra mitad de la mesa.

Esta foto, una que tomé antes de las piezas Se agregó un conducto de recolección, muestra cómo el operador tendría que ingresar al área del robot para acceder a una pieza para inspeccionar.

Una valla parcial separa al operador de la máquina de la parte de la mesa de almacenamiento a la que puede acceder el robot. Sin embargo, el área frente a la puerta de la máquina está abierta para permitir que el operador se acerque a la máquina cuando sea necesario. Esto es posible porque el escáner láser de la unidad puede detectar cuando el operador se acerca a esa área. Hace que el robot disminuya la velocidad cuando una persona ingresa a una zona de seguridad del espacio exterior definido y se detiene si la persona ingresa a la zona interna definida más cerca de la máquina y el robot.

A lo largo de los años, esta configuración ha permitido a Superior Metal Products realizar una buena parte del funcionamiento de la máquina sin supervisión. Dicho esto, la inspección requerida de las piezas a intervalos definidos significaba que el operador tenía que ingresar a las zonas de seguridad para acceder a las piezas a medir, interrumpiendo temporalmente la producción. Un ingenioso conducto de recogida de piezas de plástico impreso en la impresora 3D de escritorio del taller e instalado en la valla LoadAssistant ha resuelto ese problema. El robot ahora puede dejar caer piezas para inspeccionarlas por la tolva donde el operador puede acceder a ellas en una bandeja sin ingresar a las zonas de seguridad escaneadas con láser y sin detener la producción. De hecho, este es solo un ejemplo de cómo Superior Metal Products ha utilizado su impresora 3D para fabricar artículos que no solo son útiles en el taller, sino que quizás son más fáciles de crear que el mecanizado tradicional.

La impresión como alternativa al mecanizado

Superior Metal Products cuenta con una gran cantidad de equipos en sus instalaciones de 30,000 pies cuadrados. Esto incluye VMC, HMC y centros de torneado, así como equipos de tallado, brochado, rectificado, lapeado, soldadura y equilibrado. La impresora de plástico 3D de la tienda, un modelo de escritorio Lulzbot TAZ-6, se compró a fines de 2017.

El primer paso para la impresión 3D es crear un Modelo CAD de la(s) pieza(s). A continuación se muestra un modelo de los componentes que componen el conducto de recogida de piezas.

Frank O'Connor, presidente de Superior Metal Products, dice que si bien no sabía exactamente cómo la impresora podría ayudar a satisfacer las necesidades del taller, le pareció que era el momento adecuado para comprarla y experimentar con ella. Desde entonces, el taller ha impreso una serie de artículos que han demostrado ser valiosos para respaldar varios procesos de mecanizado y fabricación en sus instalaciones.

“Es sorprendente la cantidad de usos internos que un taller de máquinas típico puede tener para los artículos impresos en 3D, dice O’Connor. "Si bien es cierto que algunos elementos se pueden mecanizar, producirlos mediante impresión 3D a veces es el camino más fácil".

Explica que con la impresión 3D crea un modelo CAD de la pieza; establece un puñado de parámetros de impresión, incluida la temperatura, el porcentaje de relleno (geometría interna) y el grosor de la pared; presiona “imprimir”; y regresa más tarde para encontrar una pieza completa en la placa de construcción de la impresora. Con el mecanizado, tendría que crear un boceto o el mismo modelo CAD de la pieza; escribir un programa CNC (a estas alturas, la impresora 3D podría estar imprimiendo la pieza y él podría estar en otra cosa); encontrar y aserrar espacios en blanco 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 también el de una máquina que, de lo contrario, podría estar ejecutando 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 de manera segura y confiable cuando están hechas de materiales imprimibles, la impresión 3D es una buena opción”.

Aquí está la parte principal del conducto de piezas impresión media Tenga en cuenta los soportes en el medio que se eliminan una vez que se completa la impresión.

El conducto de piezas con bandeja de recogida para la celda automatizada de Okuma es un buen ejemplo. La entrada del paracaídas se encuentra en el área protegida (dentro de las zonas cercadas y escaneadas con láser) y su salida está fuera de esa área. O'Connor dice que los beneficios no solo incluyen el acceso a la pieza sin pausar la producción y el cumplimiento constante de la frecuencia de inspección, sino también que el operador de la celda puede realizar una tarea cerca de la celda y buscar rápidamente la presencia de piezas en la bandeja para saber si es hora de inspeccionar una pieza.

Una rutina personalizada en el control Halter LoadAssistant toma datos conversacionales para registrar la longitud de la pieza y ajustar el punto de caída de la pieza en consecuencia para garantizar una entrada suave al conducto.

O'Connor dice que la operación de caída parcial del robot es una rutina personalizada creada a través del control LoadAssistant. El operador simplemente agrega la rutina a la lista de tareas del robot y luego completa un valor de registro en el dispositivo de aprendizaje de FANUC para definir la frecuencia de caída de la inspección. Cuando se alcanza el conteo de registro, la siguiente pieza terminada se coloca en la tolva, en lugar de entregarse a la mesa LoadAssistant. "El aspecto interesante de la rutina personalizada es que utiliza los datos conversacionales de Halter para registrar la longitud de la pieza y ajusta el punto de caída en consecuencia para garantizar una entrada suave en el conducto", dice O'Connor.

Otros ejemplos de impresión

Durante mi visita en 2019, noté una serie de otros dispositivos útiles que Superior Metal Products ha diseñado e impreso para satisfacer las diversas necesidades de su taller. Aquí hay ejemplos de uno que vi, así como otros que se agregaron recientemente.

Bandejas impresas en 3D como esta I fotografiados sostienen herramientas de cambio rápido que se utilizan en un torno de torreta doble en otra celda de mecanizado automatizada en el taller. Las bandejas descansan sobre el borde de la carcasa de la máquina para facilitar el acceso del operador. O'Connor dice que también brindan al equipo de atención de la celda un indicador visual de cuáles de las herramientas necesitan inserciones indexadas o reemplazadas mientras la celda está funcionando. Cuando las bandejas están en la mesa de trabajo de la celda (fuera de la valla de seguridad), las herramientas con filos de corte del inserto que apuntan hacia la máquina están listas para instalarse, mientras que aquellas con filos de corte que apuntan hacia el lado opuesto de la máquina necesitan que los insertos se actualicen antes del siguiente ciclo de cambio.

Las mordazas de tornillo de banco como estas se pueden imprimir en 3D para acomodar formas semi-complejas. Estos se imprimieron con material de polietilen tereftalato glicol (PETG) y tienen un relleno sólido. Pueden soportar 50 ft.lbs. de par de apriete del tornillo de banco y se utilizaron para las operaciones de fresado, taladrado y brochado para esta pieza en particular. O'Connor señala que no hubo signos de degradación al final de la tirada de 25 piezas.

Este sistema de almacenamiento modular con bandejas y una El concepto de estanterías para estaciones de trabajo se utiliza para albergar varios calibres de inspección. Los pasadores de calibre, los calibres de rosca, los dispositivos de inspección específicos de piezas, etc., son equipados por personal de control de calidad y enviados al taller como parte de la preparación/liberación del trabajo para la producción.