Fabricación aditiva:una nueva fuerza impulsora

La adopción de la tecnología de control de movimiento, la robótica y la conversión de energía son factores clave para el rápido crecimiento actual de la fabricación aditiva. Este proceso no tradicional de utilizar datos de diseño digital para crear objetos tridimensionales sólidos mediante la fusión de materiales capa por capa desde abajo hacia arriba (impresión 3D) también está contribuyendo a los resultados transformadores de las empresas en diversas industrias, como la aeroespacial, automotriz, moda , las ciencias de la vida y los productos de consumo se están dando cuenta hoy.

Complejidad Creciente

Desde los primeros días de la industria de los prototipos de impresión 3D hasta su papel emergente como productor a gran escala de productos industriales, el alcance de la fabricación aditiva (FA) está cambiando rápidamente. Una vez limitada a los plásticos, la tecnología actual ahora puede manejar sustancias como cerámicas, compuestos, metales, polímeros y materiales híbridos. En general, se pueden usar más de cien materiales en aplicaciones aditivas, allanando el camino para la producción de objetos más sofisticados y duraderos, como accesorios de máquinas herramienta y moldes de producción completa.

Sin embargo, a pesar de los avances innovadores y el abundante crecimiento, se necesita trabajar más para lograr el nivel de velocidad requerido para que los equipos aditivos sean viables para los usuarios finales que desean fabricar componentes terminados en grandes volúmenes. Sin embargo, el impulso radical necesario para una mayor velocidad no puede darse a expensas de la calidad de la pieza final. Esto presenta a la industria con una gran pregunta:¿dónde está el salto esencial en la rapidez, mientras se mantiene la calidad, para que venga la fabricación aditiva?

Si bien la respuesta definitiva puede provenir de múltiples fuentes, el mejor lugar para buscar una solución ideal es en las mejoras que puede proporcionar el control de movimiento.

Control de movimiento en la fabricación aditiva hoy

Cuando las personas normalmente piensan en el control de movimiento en la tecnología aditiva, visualizan qué tan rápido se puede mover una extrusora a través de una cama de impresión. Si bien esto es sin duda una parte importante de la ecuación industrial, hay más que considerar. Por ejemplo, mover con éxito una amplia variedad de materiales con una gama de propiedades físicas a través de la misma extrusora es simplemente otra forma de control de movimiento, y excepcionalmente crítica para la productividad industrial a largo plazo.

A medida que crece el uso de la fabricación aditiva, también crece la necesidad de conjuntos de herramientas y estándares industriales para superar los problemas de mecanizado para la producción convencional. Por ejemplo, la demanda de una mayor velocidad de la máquina manteniendo la calidad de las piezas ha impulsado el desarrollo y la mejora de las impresoras de grado industrial.

Al comienzo de AM, los pequeños marcos de escritorio estaban controlados por controles de grado aficionado, que impulsaban motores paso a paso económicos. Este enfoque carecía de potencia y confiabilidad, dos cosas que son muy necesarias para la producción de componentes convencionales.

Hoy en día, la fabricación aditiva utiliza controladores de máquinas de alto rendimiento, servosistemas avanzados y tecnología robótica para mejorar la calidad del producto y aumentar la producción de piezas. Más específicamente, las impresoras 3D que utilizan servocontrol con retroalimentación de alta resolución frente a motores paso a paso en todos los ejes (incluida la extrusora) permiten un control de posición, velocidad y par de alta velocidad en todos los ejes, lo que proporciona un flujo constante más rápido con detección de atascos.

Beneficios abrumadores

Desde componentes de turbinas hasta calzado deportivo y coronas dentales hasta casas nuevas, las empresas se están volcando hacia los sistemas de control de movimiento de nivel industrial para la fabricación aditiva para obtener muchos beneficios:

• Capacidades de fabricación de piezas flexibles y diversificadas
• Tiempo de actividad de producción mejorado
• Mayor eficiencia de la producción (es decir, reducción de las materias primas utilizadas en general)
• Costos de fabricación más bajos

Además, los fabricantes que combinan tecnologías de control de movimiento con automatización robótica industrial pueden experimentar la flexibilidad necesaria para crear fábricas capaces de producir productos únicos que satisfagan demandas complejas.

Tecnología innovadora

La coordinación de múltiples piezas móviles y equipos periféricos durante el proceso de fabricación aditiva es clave para una producción eficaz. Esta es una de las razones por las que los expertos e ingenieros de Yaskawa America Inc., Drives &Motion Division, han diseñado tecnología innovadora de servosistemas y control de máquinas:

• El controlador de movimiento MP3300iec y la familia de servomotores Sigma-7 liberan el rendimiento de alta velocidad y la precisión necesarios para impulsar la producción aditiva convencional, mientras ejecutan programas de código G y perfiles de movimiento cinemático uniformes.
• La productividad es esencial, pero la flexibilidad debe tener la misma importancia. Esta necesidad es la génesis de Singular Control, la capacidad integrada en el controlador MP3300iec de Yaskawa para administrar cualquier cosa, desde robots de seis ejes hasta pórticos robóticos y ejes de un solo servo desde el mismo dispositivo, utilizando la misma programación. Singular Control permite a los usuarios programar múltiples tipos de máquinas y disciplinas de movimiento dentro del espacio de fabricación aditiva, sin necesidad de contratar a un especialista en programación de robots.
• La próxima revolución proviene del servo, que es el corazón de la mayoría de los sistemas de fabricación aditiva. Los motores Sigma-7 y los amplificadores SERVOPACK se emparejan fácilmente con los controladores de máquinas de Yaskawa para crear sistemas de automatización de movimiento, proporcionando mejoras visibles en velocidad, precisión y confiabilidad. Por ejemplo, las impresoras 3D industriales inteligentes de una empresa ofrecen impresión 3D a 350 milímetros por segundo, con un tiempo de transferencia de un metro por segundo. Esto crea una diferencia que puede ver claramente, tanto en el movimiento de la impresora como en el resultado final de su propietario.

Innovación continua

El Informe Wohler de 2017 estima que actualmente existe un mercado de $7 mil millones para equipos de materiales, y es probable que esta demanda crezca a una tasa de crecimiento anual del 17% en los próximos años. Para que esta predicción se haga realidad, existen áreas clave de mejora para la producción principal de bienes y productos en diversas industrias.

La investigación continua en la combinación del control de movimiento MP3300iec con la tecnología de motor lineal buscará abordar la necesidad de mayor velocidad y precisión para la impresión 3D. Y, más descubrimientos sobre el uso de MP3300iec Singular Control para la impresión 3D robótica ayudarán a refinar los procesos secundarios usando brazos robóticos para aplicaciones como acabado de superficies, manejo de materiales, inserción e inspección.

Las tecnologías y los procesos de fabricación aditiva proporcionan una forma completamente diferente de diseñar y fabricar productos. Con más investigación y desarrollo, este método de producción está preparado para ser la forma de fabricación más valiosa hasta el momento, revolucionando las industrias de maneras que alguna vez estuvieron más allá de la imaginación.

¡Ven a aprender más!

En noviembre, asegúrese de visitar el stand de Yaskawa (#C11414) en FABTECH, del 6 al 8 de noviembre en el Georgia World Congress Center en Atlanta, IL, para obtener más información sobre la fabricación aditiva y ver una demostración de impresión 3D en vivo, con nuestra impresora más rápida (350 mm/s para imprimir, velocidad de 1000 mm/seg y aceleración 4G) en la industria!