Cómo la impresión 3D SLS hizo posible producir en masa un robot de reparto de comida en seis meses

Rice Robotics, una empresa de Hong Kong, diseña y fabrica sistemas robóticos para su uso en los sectores del reparto, la desinfección y la inspección de alimentos. Aunque sus diseños innovadores se habían lanzado ya en cantidades pequeñas, Rice se encontró con problemas cuando empezó a buscar soluciones de producción en masa. 

El control de calidad, los problemas de comunicación entre Rice y su anterior fabricante por contrato y las diferencias entre el diseño previsto y los productos moldeados finales influyeron en la decisión que tomó Rice de buscar un socio en Hong Kong que pudiera trabajar con ellos. El único inconveniente era que los plazos se estaban volviendo ajustados y el nuevo fabricante solo tendría seis meses para pasar del primer diseño a la producción en masa.

Con solo medio año para llevar el producto de Rice desde el diseño hasta la producción, Savewo tuvo claro que no era posible hacerlo con un proceso de desarrollo de productos tradicional. Usaron su parque de impresoras SLS de la serie Fuse en todas las etapas de desarrollo y de producción, desde el diseño iterativo hasta los componentes de uso finales para robots, pasando por ensayos funcionales.

Para muchas empresas de robótica, sobre todo en Hong Kong y en la China continental, donde los fabricantes de moldes están muy cerca unos de otros y resultan muy económicos, encargar utillaje y moldeo por inyección para prototipos es un método viable de desarrollo iterativo. Sin embargo, con un plazo tan ajustado, Savewo sabía que la impresión 3D era el único modo de tenerlo todo a tiempo. Sus cuatro impresoras Fuse 1+ 30W permitieron a la empresa imprimir de forma continua, 24/7.

Cuando Savewo decidió apostar por la impresión 3D SLS, pudo acceder a toda una nueva serie de posibilidades. Las impresoras SLS de la serie Fuse tienen lechos de polvo autosostenibles, que permiten hacer piezas con salientes, voladizos, socavados, canales internos u otros elementos de diseño que serían caros y difíciles de conseguir con los métodos de fabricación tradicionales. 

Al imprimir en 3D estas piezas complejas, Savewo no solo pudo tener los cambios en sus piezas de un día para otro, sino que también pudo expandir el alcance y la funcionalidad de los componentes robóticos creando diseños innovadores y orgánicos. "Algunos diseños de piezas que no se pueden producir de forma económica con métodos de fabricación tradicionales ahora se pueden crear de forma sencilla y precisa con la ayuda de la impresión 3D SLS", dijo el Sr. Zhong, ingeniero mecánico de I+D de Savewo.

Un problema importante que se encontró Rice al tratar con su anterior contratista era la falta de uniformidad entre los diseños, los prototipos, las versiones beta y las piezas moldeadas de uso final. Había una falta de precisión dimensional entre estas fases por la multitud de tecnologías distintas que se utilizaban y porque no había una comunicación clara con el fabricante. Además, a lo largo del proceso de diseño, las piezas se tenían que cambiar ligeramente para tener en cuenta factores como el calor, el tiempo y la expansión involucrados en el proceso industrial de moldeo por inyección, lo que creaba diferencias entre el diseño previsto y las piezas finales.

El tamaño más pequeño de Savewo y las líneas de comunicación claras y abiertas que ofrecía hicieron que los ingenieros de Rice pudieran comunicar sus necesidades y no tener que implicarse tanto ellos mismos con las impresoras 3D. Las piezas se podían rediseñar para la fabricación aditiva con facilidad, ya que Rice podía acceder fácilmente a los medios de producción, es decir, las impresoras Fuse. Por si eso fuera poco, Rice no tuvo que incluir consideraciones de diseño para el moldeo, por lo que los diseños de las piezas se podían mantener uniformes en cada paso del proceso, desde los prototipos impresos en 3D hasta las piezas finales.

Muchas de esas piezas finales se imprimen para una producción de uso final con las impresoras de la serie Fuse. La resistencia y la durabilidad de las piezas de Nylon 12 Powder hacen que sean ideales para aplicaciones que requieran robustez, como las de la robótica. El nylon es un material con el que los ingenieros están familiarizados y sus propiedades son muy conocidas. Puede que para Rice fuera un salto de fe esperar que Savewo alcanzar volúmenes de producción en masa, pero sí se podía confiar en que las piezas finales de nylon se comportaran como los plásticos moldeados por inyección. 

La robótica requiere muchos conjuntos funcionales formados por componentes unidos entre sí mediante juntas de esfuerzo o bisagras fijadas. La impresión 3D no siempre ha estado a la altura de la tarea de crear piezas lo suficientemente fuertes como para soportar los constantes tirones, presiones, torsiones y fricciones de formar parte de un conjunto de piezas, pero las piezas impresas mediante SLS sí que son capaces de soportar esos esfuerzos. Las piezas de Nylon 12 Powder impresas en la Fuse 1+ 30W se pueden imprimir con roscas diseñadas de antemano o se pueden roscar con roscas termofijadas.

Savewo aprovechó esta capacidad para unir muchas piezas, demostrando la versatilidad del método de fabricación y del material. "El Nylon 12 Powder tiene una dureza suficiente, es tenaz y tiene buenas propiedades mecánicas. La mayoría de nuestras piezas impresas en 3D tienen roscas. Cuando se utiliza el Nylon 12 Powder para imprimir piezas directamente, no hace falta apretar o aflojar los tornillos muchas veces", dijo el Sr. Chen, el director de Investigación y Desarrollo de Savewo.

En el Rice 2, un robot de reparto de comida de interiores, las piezas de conexión de su esqueleto y su carcasa se imprimieron en la Fuse 1+ 30W. Estos conectores tienen que soportar la vibración constante que produce el robot al "andar", estabilizando el esqueleto y la carcasa. La flexibilidad del Nylon 12 Powder lo hace ideal para este tipo de componentes estabilizadores. Otras piezas de uso final impresas mediante SLS que están presentes en el Rice 2 son el módulo atomizador (toda la placa de circuito impreso, el ventilador, la abrazadera de la articulación), la salida de aire y la fijación del sistema de la CPU y el sistema amortiguador de impactos.

La fábrica interna de Savewo con cuatro impresoras SLS Fuse 1+ 30W y una estación de posacabado Fuse Sift es capaz de producir suficientes piezas de uso final para producir 50 robots Rice 2 cada semana. Y lo que es más importante, imprimir piezas en 3D con la Fuse 1+ 30W ofrece continuamente oportunidades de optimización sin tener que rehacer de forma cara el utillaje para el moldeo.

Si hubieran tenido que trabajar con el modelo de fábrica tradicional y usar moldes de inyección para la producción, que es un proceso que requiere programar tareas, probar las piezas, modificarlas y otros pasos, los tiempos de espera habrían sido de entre 45 y 60 días para cada pieza y cada modificación. Para este proyecto, estos largos tiempos de espera y los costes elevados suponían un riesgo inaceptable. 

Los ingenieros de Savewo clasificaron los factores del producto como ciertos o inciertos. Para las piezas con un alto grado de certeza en el Rice 2, diseñaron moldes y utilizaron una fabricación tradicional mediante moldeo por inyección, mientras que utilizaron la impresión 3D para piezas inciertas que probablemente necesitarían múltiples cambios a lo largo del desarrollo.

En Hong Kong, el espacio no es barato, y los edificios y las empresas crecen hacia arriba, no hacia fuera. El tamaño y la escala de las impresoras de la serie Fuse permitió a Savewo expandir su producción sin tener que cambiar de instalaciones o invertir mucho dinero en más metros cuadrados. Después de comprar su primera máquina, no tardaron en añadir tres más para expandir su producción. Con las cuatro impresoras Fuse 1+ 30W y la Fuse Sift de las que disponen ahora, los equipos de I+D y fabricación de Savewo pueden avanzar de forma rápida y eficiente por cada etapa del proceso de diseño. 

Todo el proceso de llevar al robot Rice 2 de un diseño revisado hasta su producción en masa para uso final en tan poco tiempo ayudó a Savewo no solo a ganar confianza en que su proceso de fabricación híbrida funcionaría, sino también a establecerse como la principal opción para las empresas innovadoras de Hong Kong. "Esperamos que Savewo pueda convertirse en el núcleo de la innovación y la tecnología en Hong Kong y fomentar el desarrollo de la Industria 4.0 en nuestra ciudad. Básicamente, nuestra esperanza es que SAVEWO haga que las tarjetas de visita hechas en Hong Kong vuelvan a ser famosas en el extranjero", dice el Sr. Ding, CEO de Savewo.

Las impresoras Fuse 1+ 30W pueden ayudar a las pequeñas empresas a conseguir grandes logros. El sistema SLS asequible ofrece un proceso de trabajo accesible y fácil de usar, un catálogo de materiales fiable y conocido, y las tolerancias y la precisión de las piezas moldeadas por inyección. Savewo se ha valido de la escalabilidad de estas máquinas para alcanzar el éxito en un mercado muy competitivo y concurrido. 

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