Fuerte como el metal, listo bajo demanda

Los componentes fabricados con superpolímeros y compuestos pueden superar al metal en las condiciones extremas a las que se enfrentan industrias como la aeroespacial, la automoción y la energía. Con su plataforma de automatización B&R, Roboze lleva la impresión 3D de estos materiales avanzados a la planta de fabricación.

Un satélite, un submarino, una turbina eólica. Desde temperaturas extremas y tensión mecánica hasta alto voltaje y productos químicos abrasivos, aplicaciones como estas ponen a prueba todos los componentes. Tradicionalmente, solo las aleaciones de metal han estado a la altura de la tarea, pero una gama cada vez mayor de polímeros y compuestos de alto rendimiento reforzados con fibras de carbono y cerámica ya pueden competir con el metal en términos de resistencia y duración.

La eficiencia del combustible es más importante que nunca como factor económico y ambiental. Por ello, los polímeros y compuestos ligeros son una atractiva alternativa al metal en automóviles, aviones y en cualquier otro lugar donde las cosas se mueven a base de energía. También son muy resistentes a los productos químicos agresivos y pueden mejorar la seguridad y la comodidad al ofrecer aislamiento contra el calor, la electricidad, el sonido y las vibraciones.

El especialista en impresión 3D Roboze combina estos materiales de vanguardia con tecnología aditiva disruptiva. El resultado es una drástica reducción de los plazos de entrega y los costes de producción, junto con la flexibilidad de fabricar piezas personalizadas bajo demanda. Sus impresoras revolucionarias utilizan la fabricación de filamentos fundidos (FFF), una técnica de impresión 3D en la que el material se extruye a través de una boquilla calentada para crear productos capa por capa. Sin embargo, para lograr las propiedades críticas del material y las estrictas tolerancias dimensionales necesarias para reemplazar el metal, Roboze tuvo que hacer algunas adaptaciones importantes.

Además de un sistema de extrusión completamente nuevo para manejar los materiales de alta viscosidad, Roboze diseñó una cámara de impresión calentada única que permite conservar un entorno de impresión óptimo y evita la contracción durante la extrusión. Y, lo que es más importante, para eliminar una de las principales deficiencias que suelen presentar las impresoras 3D en comparación con las máquinas herramienta convencionales, Roboze ideó una solución patentada de control de movimiento sin correa.

Para mover el cabezal de impresión a lo largo de los ejes x e y, los sistemas FFF convencionales se basan en correas, que están sujetas a deformación, desgaste y pérdida de calibración a lo largo del tiempo. El sistema sin correa de Roboze sustituye estas correas por un movimiento mecatrónico directo, de forma que no solo se consigue precisión, sino también una gran eficiencia y facilidad de mantenimiento. Un engranaje helicoidal garantiza un movimiento fluido del conjunto de cremallera y piñón para conseguir una notable reducción del ruido, el desgaste y el sobrecalentamiento localizado.

"Para competir con una máquina CNC, necesitábamos lograr unas tolerancias micrométricas uniformes", comenta Davide Schiena, jefe de ingeniería de aplicaciones y satisfacción del cliente de Roboze. El tiempo de muestra de 50 μs del ACOPOS P3 de B&R le dio a Roboze el rendimiento que necesitaba. "Los servoaccionamientos de B&R nos ayudan a garantizar una precisión del posicionamiento de ±10 micrómetros", dice Schiena. "Este valor es seis veces mejor que en un sistema accionado por correa".

Cuando pensamos en una impresora 3D, normalmente imaginamos una unidad independiente utilizada para la creación rápida de prototipos. "Sabíamos que pueden ser mucho más que eso", explica el fundador y director ejecutivo de Roboze, Alessio Lorusso. "Así que, junto con B&R, diseñamos ARGO 500 desde el principio para que se integrase perfectamente en la línea de producción".

ARGO 500 ofrece un control totalmente automatizado de cada uno de los pasos que se realizan en la cámara calentada. Ello incluye el proceso de extrusión en sí, pero también los pasos anteriores, como el secado del filamento para garantizar una producción fiable, así como los pasos posteriores al posprocesamiento, como el recocido. Todas estas operaciones requerían de una gran potencia de cálculo, para lo cual Roboze seleccionó un PC industrial de la serie Automation PC 910 de B&R.

Tras cada ciclo de impresión, ARGO 500 genera un registro completo de los datos del proceso para crear un modelo digital y permitir la certificación automática de cada pieza producida. La conectividad remota permite el diagnóstico predictivo para maximizar la disponibilidad y la productividad, a la vez que permite que el ARGO 500 evolucione con el tiempo con funciones, parámetros e inteligencia fácilmente actualizables.

Los componentes de software preconfigurados de la tecnología mapp de B&R permitieron a Roboze implementar rápidamente funciones importantes necesarias para la integración en fábrica, incluida la gestión de alarmas, la recopilación de datos, el registro de variables de proceso y la gestión de usuarios. "Ello permitió a nuestro equipo concentrarse en implementar y optimizar el proceso de impresión", explica Antonio Pastore, jefe de ingeniería de Roboze.

"Gracias a la solución de automatización completa de B&R, nuestras impresoras 3D consiguen el mejor rendimiento de su categoría con una fiabilidad sin igual, además de facilitar la configuración y el mantenimiento", comenta Lorusso. Y enseguida añade que la contribución de B&R no se limitó a un simple suministro de hardware y software. "En cada una de las etapas del proceso, se aseguraron de que tuviéramos las herramientas necesarias para garantizar el éxito, desde cursos de formación y fragmentos de código hasta un equipo de soporte flexible que siempre actuó con rapidez para aclarar cualquier duda".

ARGO 500 es el primer producto comercial que surge de la colaboración que comenzó en 2020. "Nos ha impresionado mucho el rendimiento del sistema de B&R", señala Lorusso, "y esperamos usarlo en nuevas plataformas de impresión 3D, donde añadiremos conectividad IIoT e incluso habilitaremos el control de las máquinas basado en la nube".