Robots vs CNC: ¿Qué es mejor para trabajar el metal?

Mar 24, 2023

23 de marzo de 2023 por Mark Allinson Deja un comentario

Por David Alatorre, CTO, Rivelin Robotics

El uso de la fabricación aditiva de metal ha revolucionado la industria de la fabricación, permitiendo la creación de piezas complejas e intrincadas de una manera más rápida y rentable.

Sin embargo, el procesamiento posterior esencial de estas piezas introduce restricciones financieras y de tiempo en el costo total por pieza que pueden anular los beneficios de la fabricación aditiva por completo. La eliminación del soporte es el primer paso crítico del procesamiento posterior de piezas de fabricación aditiva de metal, y es un desafío.

Hoy en día, los soportes siguen siendo esenciales para la fidelidad de la pieza durante el proceso de fabricación, pero deben retirarse para lograr el producto terminado requerido con la forma, las características y las tolerancias previstas.

Si bien la eliminación manual del soporte sigue siendo el statu quo para muchas aplicaciones de fabricación aditiva de metal, este artículo abordará la transición a soluciones automatizadas de eliminación (y acabado) del soporte y considerará las ventajas y desventajas de usar sistemas de control numérico por computadora (CNC) versus la versatilidad. y fiabilidad de los robots.

Existe el argumento de que el enigma de la eliminación del soporte en la fabricación aditiva finalmente se resolverá con la llamada impresión sin soporte. Por supuesto, este sería el objetivo final, permitir una total libertad de diseño con una eficiencia de recursos optimizada, donde las materias primas y la energía solo se utilizan para fabricar la pieza final y no los soportes.

Desafortunadamente, el sector de la fabricación aditiva aún no está allí y, si bien los soportes se minimizan a través del diseño, siguen siendo, y lo serán en el futuro previsible, una necesidad.

Minimizar la cantidad de material y energía utilizada para los soportes es lo correcto en casi todas las situaciones, pero también puede comprometer la libertad de diseño y tener un impacto negativo en la funcionalidad deseada de la parte de uso final, lo que puede, por ejemplo, deben diseñarse con cavidades llenas o voladizos que conducen a la pérdida de peso ligero.

Los diseños generativos también pueden estar restringidos innecesariamente para obtener los ángulos necesarios para soportes reducidos.

Un enfoque en la reducción del soporte también puede afectar la eficiencia del proceso. Por ejemplo, es posible que las piezas largas deban construirse en una orientación específica y, por lo tanto, ocupen una mayor parte de la placa de construcción, y las construcciones apiladas pueden volverse poco prácticas debido a las estructuras de soporte interconectadas.

En resumen, si bien siempre debemos esforzarnos por tener menos soportes, actualmente siguen siendo una herramienta necesaria para las aplicaciones de fabricación aditiva más complejas.

Sorprendentemente, la eliminación manual del soporte sigue siendo el proceso elegido por la mayoría de los usuarios de fabricación aditiva en la actualidad. Requiere técnicos altamente capacitados para quitar los soportes con todo tipo de herramientas manuales tradicionales.

Las Dremel también son útiles. Está probado y probado, pero requiere habilidad, resolución de problemas y creatividad. Puede adaptarse bien a entornos de producción de bajo volumen y mezcla alta.

Sin embargo, la eliminación manual del soporte también requiere mucho tiempo, mucha mano de obra, suciedad y polvo tóxico que requiere PPE o entornos protegidos. El riesgo de ignición y explosión del polvo y las lesiones por esfuerzo repetitivo son problemas comunes.

Además, no se puede repetir con precisión con la variabilidad de una persona a otra e incluso de un turno a otro, lo que provoca problemas de control de calidad y aumentos en la tasa de desechos. También es difícil de escalar si la demanda de piezas de fabricación aditiva comienza a aumentar significativamente.

Ha habido algunos avances con soluciones para automatizar el procesamiento posterior de piezas de fabricación aditiva de metal. La más común ha sido la utilización de fresadoras CNC, una tecnología comprobada para una variedad de aplicaciones de fabricación, incluido un enfoque híbrido para la fabricación aditiva.

Son innegablemente precisos y repetibles. Sin embargo, el hecho de que algo sea común y tenga un buen historial en algunas áreas no significa necesariamente que sea siempre la mejor solución.

El CNC puede funcionar bien si la pieza en cuestión tiene características con tolerancias estrictas y donde la planitud, la circularidad, la concentricidad o las dimensiones deben estar dentro de unas pocas micras.

También es la tecnología preferida para la eliminación de soportes en construcciones de lotes grandes donde las geometrías son simples o se prestan a una fácil fijación en solo un par de orientaciones.

Del mismo modo, puede ser una buena opción para impresiones en las que la eliminación de la plataforma con un CNC EDM se ocupa de la mayoría de los soportes.

Sin embargo, las máquinas CNC no son una buena solución para componentes de paredes delgadas, construcciones apiladas que ahorran espacio y piezas con estructuras de celosía o soportes separables. También es justo decir que a los programadores de CNC no les gustan las formas orgánicas únicas de diseño generativo con curvas compuestas.

Esto comienza a aclarar y fortalecer el argumento en contra de CNC para la eliminación de soporte en el ecosistema de fabricación aditiva.

Uno de los principales impulsores de la fabricación aditiva es la flexibilidad del diseño que permite a los usuarios iterar, personalizar y actualizar componentes de un lote a otro. Eso significa que es raro que las empresas que utilizan la fabricación aditiva para la producción inviertan en una automatización industrial rígida.

Cualquier iteración, cualquier cambio en el diseño significaría una nueva trayectoria CNC para una nueva trayectoria de herramienta y tendría un alto costo. la fabricación aditiva necesita que esta flexibilidad de diseño se lleve a cada paso de la cadena del proceso de fabricación.

El problema es similar para herramientas y accesorios. Los tipos de accesorios de alta precisión necesarios para la automatización industrial rígida simplemente no tienen sentido a menos que esté preparado para comprometerse con un diseño a largo plazo.

Y luego está el problema de la variabilidad de lote a lote. Incluso si tuviera un accesorio perfecto y una ruta de herramienta perfecta, confiar en una superficie de soporte perfectamente predecible directamente de la impresora puede no ser la mejor idea.

Esto se debe a que se espera que los soportes de fabricación aditiva se desvíen para que las piezas AM no tengan que hacerlo. Los soportes AM se hacen delgados para maximizar el uso de material en polvo. Se hacen conexiones delgadas al componente para minimizar los testigos de la superficie y facilitar la separación del andamiaje.

La composición del material incluso cambia entre lotes a veces, lo que significa que los soportes pueden verse y comportarse de manera muy diferente de un lote a otro.

Por lo tanto, la fabricación aditiva necesita una automatización que pueda adaptarse a la variabilidad, especialmente para el soporte y la eliminación de testigos. Y este desafío se ha resuelto mediante el uso de software sofisticado y sistemas de inteligencia artificial para ayudar a generar trayectorias de herramientas y movimientos de robots sin movilizar a todo un equipo de ingeniería de sistemas.

Esto permite una iteración rápida, así como la automatización de lotes pequeños.

El escaneo 3D se puede usar para ubicar piezas en lugar de accesorios de alta precisión, lo que significa que las impresoras FDM de escritorio se pueden usar para hacer accesorios de plástico rápidamente sin preocuparse por la precisión o los cambios en el diseño.

Además, los sensores de fuerza se pueden usar para sentir la superficie y adaptar el mecanizado en consecuencia, o para pasar más tiempo en puntos elevados hasta alcanzar la forma final, o para pulir hasta obtener un acabado uniforme.

Una gran ventaja es que se puede utilizar cualquier herramienta para la eliminación y el acabado del soporte. Si ya se sabe qué herramientas funcionan bien con los materiales o los tipos de soportes impresos, las mismas herramientas exactas se pueden conectar a un robot para automatizar con más confianza.

Con la tecnología actual, los pasos para agregar una nueva herramienta personalizada son básicamente como agregar un nuevo tipo de fresa a una máquina CNC y no requiere un integrador de sistemas que cobra por hora.

Rivelin Robotics, que se especializa en el procesamiento posterior de la fabricación aditiva de metales, ya tiene productos que hacen esto. La empresa se especializa en el desarrollo e instalación de robots para una amplia gama de aplicaciones de posprocesamiento AM.

En el contexto de la eliminación de soportes de piezas metálicas fabricadas aditivamente, Rivelin Robotics ofrece soluciones robóticas avanzadas que están diseñadas específicamente para realizar esta tarea de manera confiable y precisa.

Los robots de la compañía brindan una gama de beneficios sobre las máquinas CNC tradicionales, como velocidad, precisión y repetibilidad mejoradas cuando se aplican para eliminar y terminar soportes. También son muy flexibles, lo que les permite adaptarse fácilmente a diferentes aplicaciones y procesos.

Los robots de Rivelin Robotics también están diseñados teniendo en cuenta la seguridad, con una carcasa protectora y características de seguridad que reducen el riesgo de accidentes y lesiones.

Además, los requisitos de energía y refrigerante son mucho más bajos que en el caso de las máquinas CNC, lo que ayuda a aumentar la eficiencia de los recursos y la eficiencia energética al mismo tiempo que reduce el desperdicio.

En resumen, los robots están emergiendo como una solución superior en comparación con las máquinas CNC para la eliminación automatizada de soportes de piezas de fabricación aditiva de metal debido a su velocidad, eficiencia, flexibilidad, precisión, repetibilidad, seguridad, rentabilidad y sostenibilidad.

El uso de robots en este proceso no solo da como resultado un mejor producto terminado, sino que también proporciona un proceso de fabricación de extremo a extremo más seguro, sostenible y rentable.

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