Montaje automatizado de piezas maximiza la utilización de la máquina para manufactura aditiva

3T Additive Manufacturing Ltd. (3T-am), con sede en el Reino Unido, ha reducido sus tiempos de montaje de piezas de cinco horas a solo 10 minutos mediante la adopción de un proceso de fabricación automatizado, que incluye una sonda de herramienta de Renishaw PLC y el software de configuración de piezas de Metrology Software Products Ltd. (MSP), empresa asociada de Renishaw. Este proceso automatizado permite a 3T-am realizar el montaje y alineación de un lote completo de piezas durante el día y ejecutar las operaciones de forma desatendida por la noche, en comparación con su proceso anterior que producía solo una pieza por día.

Aunque tradicionalmente conocida por sus capacidades de prototipado, 3T-am ha crecido hasta convertirse en una compañía de producción en serie. Con el objetivo de satisfacer la demanda de los clientes, la empresa de manufactura aditiva (AM) necesitaba ampliar su capacidad. Para ello, la empresa realizó importantes inversiones en dos fresadoras de cinco ejes y una máquina de medición por coordenadas (MMC). A pesar de esta capacidad adicional, cada pieza todavía requería operaciones de montaje manuales. Esto, a menudo, llevaba a los operarios a trabajar turnos de horas extras no planificados para cumplir con los pedidos urgentes y con los tiempos de respuesta rápidos. Abordar sus procesos de montaje se volvió crucial para la empresa.

Correcto desde la primera vez

El desafío de producir piezas por manufactura aditiva (AM) correctamente, desde la primera vez, implica que su forma de red cercana, al dejar poco material para trabajar, reduce el margen de error. Estas formas, a menudo complejas, no tienen superficies ortogonales en las que ubicarse, lo que dificulta la consecución de alineamientos precisos. Además, el proceso de construcción AM puede hacer que las piezas se distorsionen, por lo que su forma final suele ser marginalmente diferente del modelo CAD original.

En el pasado, 3T-am localizaba manualmente la pieza en el accesorio con el fin de garantizar una alineación correcta y realizaba cortes de punto de prueba para identificar visualmente el error posicional. A continuación, la pieza se ajustaba manualmente de nuevo o se realizaban actualizaciones del programa de mecanizado. Este proceso de montaje manual tomaba aproximadamente cinco horas por pieza, pero para las piezas más complejas podía tardar un día.

Una vez mecanizada la pieza inicial se realizaba una inspección del primer artículo en la máquina de medición por coordenadas (MMC) antes de que se pudiera fabricar el resto del lote. Para una pieza compleja se pueden inspeccionar 67 (o más) operaciones. Solo en esta etapa se identificaban los errores, lo que implicaba un ajuste necesario en el proceso de montaje y un retraso en la fabricación de las otras piezas. Incluso si el proceso de inspección arrojaba resultados satisfactorios, la máquina-herramienta se quedaba detenida a la espera de los resultados de la inspección.

Otro problema con el largo proceso de montaje ocurría cuando las piezas se pasaban entre operarios e ingenieros con el cambio de turno, lo que daba lugar a traspasos extensos y técnicos para salvaguardar los alineamientos. En piezas más complejas se utilizaba el método de “una pieza, una persona” para evitar que se perdiera información clave, lo que llevaba a la dependencia de una sola persona y su disponibilidad por turnos para la fabricación de la pieza. Esto, a veces, resultaba en horas extras excesivas y presión adicional para el ingeniero.

Martin Jarvis, ingeniero de producción en 3T-am, dice que la configuración manual de la compañía implicaba alto riesgo y que los trabajadores tenían poca confianza.

“Nos poníamos nerviosos cuando la pieza terminada era llevada a inspección, ya que el trabajo de nuestro día podría resultar perdido y tendríamos que hacer una costosa reconstrucción de una sola pieza y acelerarla a través de la producción para asegurarnos de que se entregara a tiempo. Eso era un problema”.

Automatización del montaje

3T-am recurrió a Renishaw y MSP para ayudar a reducir los tiempos de montaje, mejorar la calidad y automatizar sus procesos con el fin de hacer pleno uso de su sistema de cambio de pallets en la producción desatendida y maximizar la capacidad de mecanizado.

La sonda de máquina-herramienta de alta precisión OMP600, de Renishaw, y el software NC-PerfectPart, de MSP, permiten a 3T-am identificar y corregir errores en el posicionamiento de piezas y el rendimiento de la máquina antes del mecanizado. Junto con el beneficio del montaje automatizado de las piezas de trabajo, el OMP600 ofrece la capacidad de medir geometrías complejas de piezas 3D y, en combinación con el software de MSP, automatiza los procesos de mecanizado y prácticamente elimina el potencial de errores humanos.

El NC-PerfectPart  evalúa el rendimiento geométrico de la máquina herramienta para garantizar que esté calibrada y correcta en el movimiento de cinco ejes. Esto confirma que todos los aspectos del rendimiento de la sonda y la máquina están dentro de las tolerancias establecidas antes del montaje y el mecanizado de la pieza, para garantizar que las piezas se puedan terminar con precisión.

La pieza se carga de forma segura en la máquina, y el software mide la pieza para calcular una alineación de ajuste más precisa, con seis grados de tolerancia. El controlador se actualiza automáticamente para compensar la discrepancia entre la ubicación de la pieza física y el programa de mecanizado nominal, con el propósito de garantizar que la trayectoria de mecanizado tenga lugar donde está la pieza real. Esto elimina la necesidad de fijar manualmente y ajustar la pieza. Los errores de desalineación se eliminan de manera automática y el tiempo necesario para alinear o localizar la pieza se reduce significativamente.

Las mismas medidas son utilizadas por el software para comprobar el estado de suministro de la pieza. Se produce un informe de inspección de premecanizado, que muestra si existe demasiada distorsión o no hay suficiente material para crear una buena pieza o limpieza en las áreas que se van a mecanizar. Esto se genera antes de que comience cualquier mecanizado para que el proceso de pieza se pueda detener desde el principio si hay alguna condición de errores de suministro.

La capacidad del NC-PerfectPart para automatizar la alineación de piezas y tomar medidas en cualquier orientación de la herramienta, en cualquier dirección, también le permite al taller utilizar la sujeción genérica. Esto elimina la necesidad de accesorios de ubicación costosos y permite usar el mismo accesorio para varias piezas cuando corresponda.

Al final del proceso, la pieza se puede inspeccionar en la máquina mediante el NC-PerfectPart  antes de que se retire del accesorio, y un informe de verificación posterior al mecanizado verifica que la pieza se ha mecanizado dentro de la tolerancia. Esto reduce la dependencia de la MMC y automatiza el proceso de inspección.

3T-am también invirtió en NC-Inspect Modus, de MSP, que genera los programas de alineación y sondeo de inspección para que NC-PerfectPart se ejecute. Este producto, diseñado específicamente para ser compatible con NC-PerfectPart, permite crear de manera más rápida y fácil los programas de sondeo, que se pueden generar sin conexión para limitar la cantidad de tiempo de inactividad de la máquina.

La confianza para el trabajo complejo

El ahorro que ha experimentado 3T-am al cambiar de un proceso de alineación manual de piezas a uno automatizado, ha dado a la empresa la confianza para realizar el montaje y el alineamiento de un lote completo en la máquina durante el día y dejar que esta funcione en la noche para una automatización completa de operación desatendida las 24 horas del día, los siete días de la semana.

“Ahora tenemos el potencial de utilizar nuestras máquinas a plena capacidad ―dice Jarvis―. Esto es un aumento de 157 % en comparación con nuestro uso semanal promedio anterior.”

Ahora se puede utilizar un turno para montar las piezas. Cuando el software confirma que todas las alineaciones son correctas, el operario puede hacer el traspaso a la persona que toma el control, con la confianza de que las piezas se mecanizarán dentro de la tolerancia.

Jarvis indica: “La automatización ha sido muy importante para nosotros. Trabajamos dentro de una industria que se mueve muy rápido y en la que siempre estamos aprendiendo. Constantemente tratamos de empujarnos nosotros mismos. Ahora podemos terminar piezas que tienen alto riesgo de distorsión y lograr todas las alineaciones complejas o diseños de piezas complicados, que eran desafiantes para el montaje manual. Nos ha dado la capacidad y la confianza para asumir un trabajo más complejo y ampliar nuestra capacidad”.