Aplicación destacada:Impresión 3D para pinzas robóticas

[Crédito de la imagen:Schmalz]

La impresión 3D es una de las tecnologías centrales que promueven las capacidades de la robótica industrial. Permite una mayor libertad de diseño, menor costo y menor tiempo de entrega en la producción de pinzas personalizadas y efectores finales para aplicaciones robóticas.

Y dado que la personalización es una nueva norma en robótica y automatización, la impresión 3D proporciona una solución para pinzas personalizadas rentables, sin grandes inversiones en moldes o mecanizado CNC.

Abajo , nos sumergimos en los beneficios de la impresión 3D para pinzas y en cómo diferentes empresas están utilizando la tecnología para crear diseños avanzados de pinzas y lograr una producción más rápida y económica.

Eche un vistazo a las otras aplicaciones cubiertas en esta serie:

Impresión 3D para intercambiadores de calor

Impresión 3D para rodamientos

Impresión 3D para la fabricación de bicicletas

Impresión 3D para odontología digital y fabricación de alineadores transparentes

Impresión 3D para implantes médicos

Cohetes impresos en 3D y el futuro de la fabricación de naves espaciales

Impresión 3D para la fabricación de calzado

Impresión 3D para componentes electrónicos

Impresión 3D en la industria ferroviaria

Gafas impresas en 3D

Impresión 3D para la producción de piezas finales

Impresión 3D para soportes

Impresión 3D para piezas de turbinas

Cómo la impresión 3D permite componentes hidráulicos de mejor rendimiento

Cómo la impresión 3D apoya la innovación en la industria de la energía nuclear

Impresión 3D para cabinas de aviones

Impresión 3D y evolución de las pinzas robóticas

Con el uso cada vez mayor de robots en la fabricación, las pinzas robóticas, esencialmente brazos robóticos, están evolucionando para satisfacer las necesidades de aplicaciones avanzadas en las industrias automotriz, electrónica y de procesamiento de alimentos.

Esta evolución ha llevado al desarrollo de pinzas robóticas personalizadas más ligeras con mayor capacidad de carga y características de seguridad.

Satisfacer las necesidades de las pinzas avanzadas, sin embargo, se está volviendo cada vez más desafiante para las tecnologías de fabricación tradicionales. Debido a las economías de escala, la fabricación tradicional puede resultar demasiado cara cuando una empresa solo necesita un pequeño lote de pinzas.

Además de eso, la personalización de las pinzas resulta difícil y costosa de lograr con tecnologías convencionales, como el moldeo por inyección.

La impresión 3D, gracias a su flexibilidad y rapidez, abre nuevas posibilidades para la fabricación de pinzas.

Los beneficios de las pinzas impresas en 3D

Aligeramiento

Con los robots cada vez más pequeños, el diseño de pinzas más pequeñas y ligeras para adaptarse a dichos robots se ha convertido en una prioridad para muchos fabricantes. Una forma en que la impresión 3D puede ayudar es produciendo pinzas que puedan hacer más con un peso menor.

Con la impresión 3D, los fabricantes pueden diseñar nuevas formas y geometrías que requieren menos material y pueden usar materiales livianos, como fibra de carbono, para reducir aún más el peso de la pinza.

Si bien la impresión 3D permite la reducción de peso, también permite el diseño de las pinzas con la misma o mayor capacidad de carga. Un peso más ligero, junto con una capacidad de carga mejorada, significa movimientos más rápidos de un robot y tiempos de ciclo más cortos, que son los objetivos clave de los usuarios de la tecnología robótica.

Personalización

Los robots modernos se utilizan cada vez más para mejorar la eficiencia en un entorno de bajo volumen y alta mezcla donde hay un alto nivel de personalización. A menudo, no hay soluciones estándar de ajuste disponibles en el mercado, por lo que, para muchas aplicaciones, las pinzas robóticas deberán diseñarse a medida.

La impresión 3D es una tecnología ideal para personalizar pinzas robóticas. Las empresas no necesitan invertir en costosas herramientas personalizadas, sino que pueden crear diseños individuales y producirlos directamente en una impresora 3D. También significa que la impresión 3D de pinzas personalizadas es más económica porque no hay costos adicionales de herramientas.

Consolidación de piezas

La impresión 3D permite producir pinzas que anteriormente estaban formadas por varias piezas, como un solo componente. Esta capacidad de consolidar varias partes en una da como resultado una producción más barata y rápida y también significa que hay menos partes separadas para ensamblar.

Seguridad

La seguridad de las pinzas robóticas es otro elemento que se puede mejorar con la impresión 3D. A medida que los robots colaborativos se vuelven más populares, es crucial diseñar pinzas robóticas que sean seguras de usar junto con compañeros de trabajo humanos.

La flexibilidad de diseño que ofrece la impresión 3D facilita el diseño de una carcasa redondeada para pinzas sin esquinas afiladas, lo que puede resultar difícil para los procesos convencionales. Además, permite a los ingenieros probar varios diseños, de forma rápida y económica, para garantizar la máxima seguridad de la pinza.

5 ejemplos de impresión 3D para pinzas robóticas

1. Una pinza un 86% más ligera

Describir los beneficios de las pinzas impresas en 3D es una cosa, pero explorar cómo se utiliza la tecnología en aplicaciones de la vida real es otra muy distinta. Por ejemplo, el especialista en impresión 3D, Kuhn-Stoff GmbH &Co KG, ha demostrado que la impresión 3D puede reducir el peso de la pinza en un 86% y los costos de fabricación hasta en un 50%.

La empresa utilizó la tecnología de polímero Powder Bed Fusion (PBF) para producir una pinza bronquial ligera pero duradera para Wittmann Robot Systeme GmbH. La tecnología PBF utiliza un láser para fundir y fusionar capas de polvo de polímero para crear un objeto.

Anteriormente, la pinza estaba hecha de aluminio, tubos de goma y múltiples elementos de conexión, lo que generaba altos costos de producción. Al rediseñar la pinza para la impresión 3D, el equipo de Kuhn-Stoff pudo reducir la cantidad de componentes de 21 a 2 y los imprimió en 3D en material de nailon.

Menos componentes significa que se necesita menos material para la producción, lo que hace que la impresión 3D sea un proceso más rápido y económico.

A estos beneficios se suma la capacidad de integrar conductos neumáticos y conectores en la placa base.

La pinza impresa en 3D también ha demostrado ser duradera. Kuhn-Stoff informa que ha sido probado durante cinco millones de ciclos, sin fallas ni defectos detectados.

2. IAM 3D Hub 3D imprime una pinza robótica para aplicaciones de producción automotriz

Otro ejemplo que ilustra la flexibilidad de la impresión 3D proviene del centro de innovación digital español, IAM 3D Hub, que utilizó la tecnología para mejorar la funcionalidad de las pinzas.

Las pinzas convencionales son sistemas extremadamente complejos, con una gran cantidad de componentes. Esto puede generar costos de adquisición más altos, al tiempo que aumenta el riesgo de falla, debido a la necesidad de mantenimiento adicional y ajuste continuo y constante.

Es por eso que IAM 3D Hub emprendió un viaje para reducir esto complejidad a través de la impresión 3D.

La producción de las pinzas de forma aditiva, utilizando la tecnología HP Multi Jet Fusion, ayudó al equipo de IAM 3D Hub a reducir la cantidad de piezas en cada pinza, incluidos conductos, conectores, imanes y otros elementos, en más del 80 por ciento, al tiempo que reducía el espacio requerido. para que el sistema funcione.

Al rediseñar el mecanismo de acoplamiento, la nueva pinza también facilita una conexión más rápida con el robot, reduciendo el proceso y el tiempo de instalación en un 40 por ciento.

3. Schmalz personaliza las pinzas con impresión 3D y software

La empresa alemana Schmalz comenzó a incursionar en el mundo de la tecnología de vacío y agarre hace más de 30 años. En su camino para convertirse en líder en el sector, la empresa adoptó la impresión 3D para el desarrollo de productos y la producción de pequeñas series.

El equipo de Schmalz entendió que, a medida que la automatización impacta cada vez más en el entorno de producción, las aplicaciones de manipulación nuevas y únicas requieren nuevos dispositivos de agarre individuales. Como resultado, una pinza de talla única no puede cumplir los requisitos de diferentes aplicaciones de automatización a la perfección.

Este descubrimiento ha llevado al desarrollo de un sistema que permite un diseño rápido y sencillo de pinzas personalizadas. A través de la asociación con la empresa de software Trinckle 3D, Schmalz ha desarrollado una aplicación que permite a sus clientes personalizar las pinzas de vacío.

La configuración completa de la pinza para casos de uso específico toma aproximadamente 10 minutos y no requiere ninguna experiencia en software CAD clásico o diseño imprimible en 3D.

La tecnología de impresión 3D es la clave para la producción rápida y rentable de diseños generados por la aplicación de Schmalz. Por ejemplo, las nuevas pinzas reducen la interferencia de manejo al incorporar guía de aire en el diseño de la pinza.

De esta manera, Schmalz produce pinzas ligeras, robustas y, lo que es más importante, personalizadas en poco tiempo. Conectada a robots y cobots ligeros, la solución de Schmalz puede contener cargas de hasta 10 kilogramos.

4. Una pinza impresa en 3D acelera los cambios de línea de envasado

Las líneas de envasado deben ser flexibles, especialmente cuando hay cambios frecuentes de productos. Sin embargo, lograr esta flexibilidad a menudo es más fácil de decir que de hacer. En algunos casos, un proceso de cambio de producto puede llevar varios días, hasta que se fabrica una nueva pinza adecuada.

Carecos Kosmetic GmbH es una empresa que se enfrentó a este desafío y encontró una solución en la impresión 3D.

Durante los cambios, la empresa necesitaba nuevas pinzas hechas para las máquinas de envasado que agarraran las tapas y las atornillaran a los frascos. Tradicionalmente, la empresa mecanizaba las pinzas de aluminio, que costaban hasta 10.000 euros por pieza y tardaban unas seis semanas en fabricarse.

Teniendo en cuenta un tiempo de espera tan largo, la empresa buscó una solución alternativa que pudiera producir las pinzas más rápido.

Carecos Kosmetic recurrió a la impresión 3D por extrusión de material y pudo producir una pinza en 12 horas. La compañía también ahorró hasta un 85 por ciento del costo y un 70 por ciento del tiempo de fabricación al cambiar a la impresión 3D de polímeros. Como ventaja adicional, las pinzas de plástico impresas también son siete veces más ligeras que las de metal.

5. Impresión 3D para pinzas robóticas blandas

La robótica blanda es un campo de la robótica que utiliza materiales flexibles, como TPU y silicona, para crear pinzas ligeras y elásticas.

Para las pinzas robóticas blandas, la impresión 3D proporciona una combinación única de libertad de diseño, materiales blandos y series pequeñas. Una empresa que ha desarrollado experiencia en este campo es ACEO, una división del gigante químico alemán Wacker Chemie AG.

ACEO ha desarrollado una tecnología de impresión 3D de silicona que utiliza una técnica de "gota a pedido", similar a la impresión 3D de inyección de tinta. El proceso comienza depositando gotitas del material en forma de capa de una sola pieza, que luego se cura con luz ultravioleta. Luego se aplica la siguiente capa de gotitas de silicona y la luz ultravioleta la une a la anterior. El proceso se repite hasta que se completa el objeto.

La start-up alemana, Formhand, ha desarrollado una pinza universal para aplicaciones multiusos en todas las industrias, utilizando la impresión 3D de silicona de ACEO. El equipo utilizó el servicio de ACEO para crear prototipos de varios diseños de pinzas. Gracias a la tecnología, pudieron crear componentes personalizados de forma rápida y económica.

Mirando más ampliamente, la impresión 3D de pinzas robóticas blandas allana el camino para la miniaturización de pinzas y diseños de múltiples materiales. En el futuro, estos sistemas se pueden utilizar en el mantenimiento de motores a reacción y en cirugía mínimamente invasiva.

Llevando las pinzas robóticas al siguiente nivel con la impresión 3D

A medida que crece la necesidad de pinzas robóticas más versátiles, la impresión 3D proporciona una solución que ofrece pinzas personalizadas, ligeras y hábiles. Estas pinzas son más baratas y rápidas de producir, lo que brinda a los fabricantes más flexibilidad para experimentar con diseños e integrar funcionalidades adicionales.

Fundamentalmente, las pinzas impresas en 3D agregan valor al sistema robótico en general, ayudando a que los robots sean más livianos y pequeños.

La evolución de la tecnología de agarre robótico seguramente continuará, dadas las tendencias recientes de fabricación inteligente impulsada digitalmente, y la impresión 3D será el método de referencia para llevar los diseños de agarre al siguiente nivel.