Brazos robóticos para impresión 3D:fabricantes líderes, ventajas e inconvenientes

Un brazo robótico de impresora 3D es un brazo mecánico articulado industrial con un cabezal de impresión 3D adjunto. Esto proporciona escala y versatilidad para permitir la impresión 3D a escala industrial. Se puede aplicar a diferentes tecnologías de impresión 3D, como la fabricación aditiva por arco de alambre para imprimir con metal o la extrusión de pellets para imprimir con pellets. Los robots de impresión 3D se están desarrollando a un ritmo rápido, con muchas aplicaciones potenciales en la industria de la construcción debido a su escala. Existen numerosas colaboraciones en curso con proveedores de brazos robóticos junto con especialistas externos en impresión 3D, para desarrollar y comercializar diferentes enfoques de fabricación aditiva a escala. Este artículo analizará el brazo robótico de la impresora 3D, sus fabricantes, ventajas y desventajas. 

¿Qué es un brazo robótico para impresión 3D?

Un brazo robótico para impresión 3D es una forma de fabricación de brazos robóticos. Se utiliza un brazo robótico articulado industrial para mover un cabezal de impresión y fabricar de forma aditiva un componente. También se le puede llamar fabricación aditiva robótica (RAM). Puede utilizar métodos establecidos de impresión 3D, como el modelado por deposición fundida (FDM) o la deposición de energía dirigida (DED), pero el material de alimentación se mueve y posiciona mediante un brazo robótico en lugar de un pórtico. La figura 1 a continuación muestra un brazo robótico articulado estándar utilizado en aplicaciones industriales:

Para obtener más información, consulte nuestra guía sobre Todo sobre la impresión 3D.

¿Cuáles son las ventajas del brazo robótico para proyectos de impresión 3D?

La impresión 3D con brazo robótico tiene una serie de valiosas ventajas, entre las que se incluyen:

1. El uso de un brazo robótico para la impresión 3D permite imprimir inmediatamente modelos a mayor escala (>1 m en cualquier dimensión) en comparación con las típicas impresoras 3D autónomas. Si el robot puede moverse, se pueden imprimir modelos de hasta 30 m en una dimensión.
2. El movimiento de cinco o seis ejes proporciona libertad de movimiento al cabezal de impresión 3D. Brinda la capacidad de rastrear rutas complejas para construir componentes.
3. Los brazos robóticos permiten construir la mayoría de los modelos sin soportes, debido a la libertad de movimiento del cabezal de impresión. Sin embargo, para evitar por completo el soporte en algunos modelos, es posible que la plataforma de construcción también deba moverse para permitir que el modelo se reoriente.
4. Un brazo robótico puede equiparse con una variedad de accesorios de impresión 3D, incluidos aquellos que permiten el uso de múltiples materiales de alimentación, como WAAM o CBAM.

¿Cuáles son las desventajas de los brazos robóticos para proyectos de impresión 3D?

La impresión 3D con brazo robótico tiene una serie de complicaciones y limitaciones, que incluyen:

1. El uso de un brazo robótico añade un coste significativo, además de un sistema de fabricación aditiva que ya es caro. Se puede esperar que la instalación combinada cueste más de 100.000 dólares.
2. Complejidad.
3. La mayoría de las configuraciones de impresión 3D con un brazo robótico se ensamblan con el brazo de un proveedor especializado, el cabezal de impresión de otro proveedor y, potencialmente, el software de un tercero. No es común ni fácil adquirir una solución todo en uno de un único proveedor. Esto introduce algunas dificultades con la integración de las diferentes plataformas.

¿Cuáles son las diferentes soluciones de los fabricantes de impresión 3D con brazo robótico?

Generalmente, hay fabricantes de brazos robóticos que suministran los robots y colaboran con organizaciones de impresión 3D. Luego están los socios de tecnología de impresión 3D, que desarrollan su enfoque específico para la fabricación aditiva, con la ayuda de los proveedores de brazos robóticos. A continuación se enumeran algunos de los diferentes fabricantes de impresión 3D de brazos robóticos:

1. ABB

ABB es una gran corporación multinacional. La entidad encargada del diseño y suministro de brazos robóticos es ABB Robotics. ABB no sólo suministra robots, sino también el popular software RobotStudio® y colabora con organizaciones especializadas como Massive Dimension para promover la tecnología de impresión 3D.

2. KUKA

KUKA es una empresa alemana de automatización y robótica que se utiliza ampliamente para impresoras 3D de brazos robóticos. También se especializa en robots colaborativos para trabajar junto a los humanos. KUKA se ha asociado con otros equipos de impresión 3D, como Orbital Composites, y sus robots se utilizan para múltiples aplicaciones de impresión 3D diferentes.

3. Comau

Comau es un proveedor italiano de automatización y robótica. Está especialmente centrado en integrar IoT y AI en el funcionamiento de sus brazos robóticos. Empresas de impresión 3D de terceros, como CEAD y Continuous Composites, utilizan brazos robóticos Comau para la fabricación.

4. El brazo robótico de Hyperion Robotics

Hyperion se originó en Helsinki, Finlandia, y se centra en la industria de la construcción. La empresa ha desarrollado su propia mezcla de construcción para extrusión en estructuras impresas en 3D, lo que limita el contenido de cemento y maximiza el material de desecho reciclado.

5. CEAD

CEAD tiene su sede en Delft, Países Bajos. Es único porque se centra en combinar capacidades de impresión 3D y fresado CNC en una sola unidad. AM Flexbot de CEAD en particular está encontrando muchas aplicaciones como estación de fabricación única.

6. Serie DXR de Weber Additive

Weber Additive de Alemania es conocida por su serie DXR de impresoras 3D de brazo robótico. Utilizan una extrusora para la fabricación aditiva con polímeros.

7. Compuestos orbitales

Orbital Composites ha sido pionero en la industria de la impresión 3D de brazos robóticos. Su Orbital S fue el primer robot impresora 3D a escala industrial y tiene una impresionante velocidad de 2 m/s.

8. Dimensión masiva

Massive Dimension se centra en la impresión 3D a gran escala y proporciona células de impresión robóticas llave en mano. Su tecnología se centra en la extrusión de pellets de polímero.

9. Pulsar de diseño Dyze

Pulsar™ de Dyze Design es un sistema de fabricación de aditivos por extrusión de pellets a gran escala con la intención de gestionar una variedad de condiciones operativas. Con un escudo térmico, un circuito de refrigeración por agua y múltiples tamaños de boquilla, Pulsar es capaz de imprimir con una variedad de polímeros diferentes.

10. MX3D

MX3D de los Países Bajos es ampliamente conocido por imprimir en 3D un puente peatonal de acero, actualmente instalado en Ámsterdam. MX3D se centra en la impresión de metales utilizando la tecnología WAAM, y ha llegado incluso a desarrollar su propio software dedicado a este fin.

11. Compuestos continuos

Continuous Composites ha tenido éxito con su tecnología patentada de impresión de fibra de carbono CF3D. La empresa ha sido contratada por la NASA para producir componentes para su uso en el espacio.

12. Tecnología de sucursal

Branch Technology se centra en estructuras de impresión 3D, como un pabellón totalmente impreso en 3D en Nashville. La empresa trabaja junto con arquitectos y diseñadores para impulsar la aplicación de la impresión 3D a los edificios.

¿Cómo funciona un brazo robótico para la impresión 3D?

Un brazo robótico para impresión 3D funciona de forma muy similar a un brazo robótico industrial típico, excepto que se coloca un cabezal de impresión en el extremo del brazo. El brazo del robot tiene múltiples articulaciones, cada una de las cuales proporciona cierta libertad de movimiento, proporcionando en total control de cinco o seis ejes. Luego, el robot puede mover, inclinar y colocar el cabezal de impresión en una variedad de posiciones potenciales. De esta manera, el brazo del robot mueve el cabezal de impresión sobre un componente para imprimir múltiples capas y contornos.

¿Cuáles son las opciones de software para la impresión 3D con brazo robótico?

El software para la impresión del brazo del robot se centra en calcular la ruta óptima que debe recorrer el cabezal del robot para imprimir el modelo con precisión. A continuación se presentan tres opciones populares de software:

1. RobotStudio ® PowerPac de impresión 3D de ABB: El software es capaz de gestionar diferentes procesos de fabricación aditiva, como la soldadura o la impresión con granulado. La impresión completa se puede simular y visualizar en RobotStudio®, antes de enviarla al robot real para que la construya.
2. AdaOne de ADAXIS: El software de planificación de rutas puede funcionar con diferentes marcas de robots y su lenguaje de programación interno. Puede funcionar con múltiples materiales de impresión.
3. MetalXL de MX3D: Este software es específico para WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing), que es el enfoque de MX3D. Incluye módulos para la viabilidad de la impresión y la planificación de rutas, simulación y control de la impresión y análisis posteriores a la impresión.

Preguntas frecuentes sobre los brazos robóticos de impresoras 3D

¿Cuánto tiempo podría durar un brazo robótico de impresión 3D?

Se espera que los brazos robóticos de impresión 3D tengan una vida útil de unos ocho años. Esto se basa en la vida útil actual de los brazos robóticos articulados industriales utilizados en múltiples industrias. Estos robots pueden estar en funcionamiento durante hasta 20 años. Sin embargo, su aplicación en la impresión 3D es todavía bastante reciente y está en intenso desarrollo, por lo que estas vidas útiles más largas son menos probables. Además, aunque es posible que el robot siga funcionando bien después de ocho años, la maquinaria de impresión 3D montada en el extremo del brazo robótico probablemente no tendrá tanta longevidad. Esto se debe tanto a su reciente desarrollo como a que pueden volverse irrelevantes debido al rápido ritmo de la evolución tecnológica.

¿Un brazo robótico puede imprimir casas?

No, los típicos brazos robóticos articulados no pueden imprimir casas. Las impresoras 3D de brazo robótico tienen un volumen de impresión limitado, fijado por las dimensiones del brazo y la distancia desde la base fija. Por lo tanto, las impresoras 3D con brazos robóticos generalmente solo son capaces de imprimir componentes, que luego pueden ensamblarse en objetos más grandes, como edificios. Las impresoras 3D a gran escala que pueden imprimir casas son versiones especializadas de una impresora 3D de tipo pórtico, en la que se erige una estructura más grande para poder cubrir un volumen de impresión lo suficientemente grande para una casa.

¿Tiene un brazo robótico un área imprimible limitada?

Sí, un brazo robótico tiene un área imprimible limitada. La mayoría de los brazos robóticos tienen una base estacionaria y, por lo tanto, tienen un alcance alrededor de esa base que está limitado por la longitud del brazo. En la impresión 3D, ese alcance es del orden de 1,5 m. Algunos brazos robóticos se han montado sobre rieles, lo que añade un área imprimible adicional en esa dirección. Sin embargo, por naturaleza, el área imprimible todavía está limitada por el alcance práctico del brazo robótico.

¿Los brazos robóticos dependen del software 3D para tener calidad?

Sí, los brazos robóticos dependen del software 3D para la calidad de la pieza impresa final. La impresión 3D a gran escala es increíblemente compleja y el software debe controlar cuidadosamente el movimiento del brazo robótico. Dependiendo del material con el que se esté imprimiendo y de sus características de encogimiento con la temperatura y la humedad, el software que gobierna la impresión necesitará ser capaz de modelar ese encogimiento. Además, el software debe modelar con precisión la pieza en desarrollo a medida que se construye, para garantizar que el brazo robótico no choque con la pieza a medida que crece. El software que no puede modelar con precisión las características del material de alimentación a medida que se solidifica no proporcionará una buena calidad final, independientemente de la precisión de movimiento que el brazo robótico sea capaz de realizar.

¿Cuál es la diferencia entre un brazo robótico y un sistema de pórtico para impresión 3D?

Existen varias diferencias entre un brazo robótico y un sistema de pórtico para impresión 3D. La primera diferencia es que un brazo robótico puede moverse en seis ejes, mientras que un sistema de pórtico solo es capaz de moverse en tres ejes. Esto también significa que los brazos robóticos son más adecuados para imprimir elementos curvos y esféricos, mientras que los sistemas de pórtico son más adecuados para impresiones cúbicas. Sin embargo, los sistemas de pórtico pueden imprimir unidades más grandes que los brazos robóticos. La precisión general de los sistemas de pórtico también tiende a ser mejor que la de los brazos robóticos. Los brazos robóticos tienen muy buena precisión puntual (en un punto final específico), pero su precisión a lo largo de un recorrido aún se está mejorando. Para obtener más información, consulte nuestra guía sobre brazo robótico versus sistema de pórtico para impresión 3D.

Resumen

Este artículo presentó el brazo robótico de la impresora 3D, explicó qué es y analizó sus diversas aplicaciones. Para obtener más información sobre los brazos robóticos de impresoras 3D, comuníquese con un representante de Xometry.

Xometry ofrece una amplia gama de capacidades de fabricación, incluida la impresión 3D y otros servicios de valor agregado para todas sus necesidades de producción y creación de prototipos. Visite nuestro sitio web para obtener más información o solicitar un presupuesto gratuito y sin compromiso.

Avisos de derechos de autor y marcas comerciales

1. RobotStudio® es una marca registrada de ABB AB, Västeras, Suecia
2. Pulsar™ es una marca comercial de Dyze Design Inc., LeMoyne, Quebec

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Dean McClements

Dean McClements es un Licenciado en Ingeniería Mecánica con honores y cuenta con más de dos décadas de experiencia en la industria manufacturera. Su trayectoria profesional incluye puestos importantes en empresas líderes como Caterpillar, Autodesk, Collins Aerospace y Hyster-Yale, donde desarrolló un profundo conocimiento de los procesos de ingeniería y las innovaciones.

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