La imprenta, potenciada por la impresión 3D: Aplicaciones de robótica y piezas de recambio en HEIDELBERG
Heidelberger Druckmaschinen AG is the leading global manufacturer of offset printing presses, operating in over 170 countries with close to 10,000 employees worldwide. The company produces a wide range of tools and automation solutions for the entire printing value chain, from some of the largest and fastest state-of-the-art printing presses to cutting and folding machines.
Around six years ago, HEIDELBERG added a new dimension to their workflows: 3D printing. Initially, they introduced the technology to optimize prototyping and product development by cutting costs and lead time. But today, the company uses 3D printed parts in series production, producing thousands of parts per year for around 15 different applications.
Read on to learn how selective laser sintering (SLS) 3D printed parts empower lightweight robotics applications and can even replace steel parts in folding machines.
Pruebas de esfuerzo a piezas impresas en 3D para aplicaciones de uso final
Este libro blanco presenta el hardware de impresión 3D y las soluciones de materiales de Formlabs para la producción de piezas de uso final. Documenta los casos de estudio de diversos usuarios e incluye resultados de pruebas de esfuerzo para verificar la idoneidad de los materiales de impresión 3D para aplicaciones de uso final.
Aceleración del desarrollo de productos
"HEIDELBERG acude a nosotros con proyectos relacionados con nuevos desarrollos, sobre todo cuando se trata del desarrollo de componentes y conjuntos que van más allá de la producción convencional", dijo Joachim Krumma.
Después de trabajar en HEIDELBERG durante 15 años en el desarrollo de productos y aplicaciones, Krumma dirige ahora CTS-3 GmbH, una asesoría tecnológica en el ámbito de la fabricación aditiva. Trabajan en estrecha colaboración con el equipo de investigación y desarrollo de HEIDELBERG y ofrecen apoyo para el desarrollo de productos, así como para trasladar nuevas aplicaciones a la producción en serie.
Parte de este desarrollo tiene lugar en entornos de trabajo reales, donde el producto de HEIDELBERG se puede probar y refinar con las opiniones de los clientes finales en tiempo real.
Meinders & Elstermann es una gran empresa de impresión offset en Belm.
Los nuevos productos de HEIDELBERG se siguen probando y desarrollando en sus instalaciones.
"Meinders & Elstermann es una gran empresa de impresión offset en Belm. Imprimimos entre 100 y 120 millones de hojas de papel cada año. Tenemos cuatro imprentas de HEIDELBERG en el taller de impresión y siete máquinas de plegado en el departamento de acabado de impresiones. Las máquinas que HEIDELBERG quiere lanzar en el mercado las probamos nosotros, y pasan por un desarrollo continuo en nuestras instalaciones", dijo Klaus Harig, el director del departamento de procesamiento de Meinders & Elstermann GmbH & Co. KG.
Las piezas impresas en 3D se utilizan para una amplia gama de aplicaciones: piezas ligeras para robots pick-and-place, componentes nuevos para máquinas de plegado y piezas de recambio para componentes de máquinas que antes se fabricaban con acero. Para producirlas, el equipo utiliza una impresora 3D SLS de la serie Fuse y el Nylon 12 Powder para piezas rígidas o el TPU 90A Powder para piezas flexibles.
HEIDELBERG utiliza piezas impresas en 3D se utilizan para una amplia gama de aplicaciones, que incluyen piezas ligeras para robots y piezas de recambio para componentes de máquinas que antes se fabricaban con acero.
"Para nosotros, lo más esencial es la velocidad de la impresión 3D. Podemos responder rápidamente a los requisitos de los clientes, que no paran de cambiar. Podemos desarrollar y producir piezas nuevas en uno o dos días, mientras que antes, podíamos llegar a tardar varias semanas en algunos casos. Es por eso que la impresión 3D es perfecta para nosotros".
Joachim Krumma, dirección de CTS-3 GmbH
Además de reducir los tiempos de espera, el ahorro también es enorme. Esto se cumple especialmente en el ámbito del prototipado, pero también en la producción en serie de piezas de uso final personalizadas y en bajas cantidades. "Con frecuencia, nos encontramos con que los costes son 10 o 20 veces menores a los de la producción normal cuando fabricamos piezas", dijo Krumma.
Producción SLS rápida de piezas de alto rendimiento con la nueva Fuse 1+ 30W
Ve nuestra demostración del producto para aprender más sobre el funcionamiento de la Fuse 1+ 30W y la impresión 3D SLS de la mano de expertos de Formlabs.
Piezas ligeras para robótica
El premio a la máquina con más componentes impresos en 3D se lo lleva la P-Stacker, un sistema robótico pick-and-place que toma un paquete de hojas plegadas de la máquina de plegado y las coloca sobre un palé.
La P-Stacker se ocupa de la ardua tarea de apilar paquetes detrás de la máquina de plegado, reduciendo la carga de trabajo de los operarios.
"El robot puede apilar los palés hasta que llegan a un metro de altura. En función de lo rápido que trabaje, puede colocar hasta 18 000 hojas por hora. Antes de que empezáramos a usar la P-Stacker, una persona tenía que mover entre cuatro y seis toneladas de paquetes sobre palés cada día", dijo Harig.
Muchas de las piezas impresas en 3D que hay en este robot son muy complejas y realizan diferentes funciones al mismo tiempo, como juntas universales y soportes responsables del movimiento de los ejes, la sujeción de los ejes, la succión neumática, la tecnología de sensores y las propiedades de deslizamiento.
"El peso tiene un papel fundamental, sobre todo en las aplicaciones de robótica. Cuanto más peso tengamos, a más esfuerzo mecánico se verán sometidas las piezas, lo que afecta a la resistencia a la fatiga de las mismas. Tenemos una densidad de componentes bastante alta en el sistema, por lo que no nos queda mucho espacio para conjuntos y piezas de gran tamaño", dijo Krumma.
Las piezas de plástico impresas en 3D son más ligeras que las de acero y los diseños se pueden optimizar más en función de las tensiones y las fuerzas a las que se vayan a ver sometidos. La mayor complejidad del diseño no incrementa los costes, a diferencia de los que ocurre con herramientas de fabricación tradicionales como las de mecanizado.
Esto a menudo genera estructuras amorfas muy complejas, ya que se desarrollan específicamente para una aplicación en función de las tensiones y las fuerzas a las que se verán sometidas (que pueden ser muy altas, porque se hace un uso continuo de ellas). Con frecuencia, las piezas impresas en 3D también se combinan con otros componentes, como rodamientos de metal o componentes revestidos de teflón, que ofrecen propiedades que contrarrestan la fricción.
Muchas de las piezas impresas en 3D que hay en el robot son muy complejas y realizan diferentes funciones. Con el Nylon 12 Powder se producen componentes resistentes y duraderos.
El peso tiene una importancia fundamental en la robótica, ya que aumenta el esfuerzo mecánico al que se ven sometidas las piezas.
Muchas de estas formas complejas no resultarían rentables o ni siquiera serían posibles de fabricar con herramientas tradicionales como el mecanizado. Algunas piezas están formadas por distintos conjuntos y componentes, que se tendrían que ensamblar, alinear y refinar con trabajo manual. Serían mucho más pesadas y harían que la densidad de componentes fuera aún mayor.
"Si se pudieran fabricar diversas piezas de forma convencional, el esfuerzo que requeriría sería enorme comparado con el que implica la impresión 3D. La impresión SLS nos permite reproducir formas bastante complejas, simplificando los componentes y los conjuntos de piezas, ya que podemos imprimir geometrías muy amorfas. Es perfecta para nosotros".
Joachim Krumma, dirección de CTS-3 GmbH
Algunas piezas son menos complejas, pero siguen requiriendo una gran precisión o un trabajo delicado. Entre ellas puede haber piezas flexibles que impiden que haya contaminación, que sirven de barrera para bordes afilados, que protegen los sensores o que evitan el desgaste.
Una pieza flexible impresa con el TPU 90A Powder para proteger sensores y otras herramientas terminales para brazos robóticos.
Las piezas flexibles son ideales para componentes con fijación mediante presilla. Al cubrir los bordes afilados, también protegen a los operarios.
"Hemos instalado hace poco una pieza en nuestro robot que puede evitar que se rompan sus cables y, por lo tanto, prolongar su vida útil. De este modo, podemos asegurarnos de que no haya un día de inactividad por tener que sustituir los mazos de cables", dijo Harig.
Esta guía de cables flexible producida con una impresora 3D SLS de la serie Fuse hace posible un diseño complejo y ofrece una solución duradera para proteger los cables del desgaste.
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Piezas de recambio que hacen las veces del acero
Evitar y reducir los tiempos de inactividad de las máquinas es esencial en el sector de la impresión, ya que cualquier retraso puede hacer que no se realicen las entregas y no se cumplan los plazos. La amplia red de asistencia de HEIDELBERG puede enviar el 95 % de las piezas de recambio a cualquier destino en todo el mundo en menos de 24 horas, pero el equipo sentía curiosidad por saber si imprimir en 3D piezas de recambio bajo demanda podría ofrecer una solución para las piezas que quedan descatalogadas.
Krumma instaló en una de las máquinas de plegado más viejas de Meinders & Elstermann piezas impresas en 3D para reemplazar diversos componentes que originalmente se habían mecanizado a partir de acero, como las juntas y articulaciones que sostienen rodillos de metal que pesan más de 13 kg. Las piezas se encuentran dentro del chasis de la máquina, expuestas a un entorno muy sucio y grasiento. Se ven sometidas a fuertes esfuerzos mecánicos y físicos a lo largo de un uso prolongado, incluso durante las paradas de emergencia, en las que toda la máquina se detiene bruscamente en una fracción de segundo.
Las piezas de recambio impresas en 3D se ensamblan con rodamientos y componentes metálicos antifricción.
Las juntas contienen rodillos de mental que giran a gran velocidad y pesan 13 kg cada uno.
"Tienen que soportar un esfuerzo continuo de dos turnos de trabajo, cinco días a la semana, bajo cargas extremadamente altas. Ahora mismo tenemos algunas piezas de ese tipo instaladas que llevan en las máquinas más de dos años y medio, algo que no habíamos planeado en la fase inicial de desarrollo. Sin embargo, mantuvimos las piezas bajo una supervisión constante y pronto nos quedó claro que podrían soportar esa carga continua".
Joachim Krumma, dirección de CTS-3 GmbH
"Tengo que decir que claramente son muy resistentes. Yo tampoco creía que fueran a aguantar, pero no hemos tenido que reemplazar todavía ninguna de las piezas en nuestras máquinas de plegado", añadió Harig.
Algunas de las piezas de recambio impresas en 3D llevan instaladas en una máquina de plegado dos años y medio, aguantando dos turnos de trabajo durante cinco días a la semana y expuestas a un entorno muy sucio y grasiento.
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Este libro blanco describe los principios que hay detrás de crear in situ sujeciones con guía, fijaciones y otros accesorios para la fabricación que sean eficaces.
Ayudamos a que la imprenta mantenga su competitividad
"Muchos clientes están eligiendo productos en línea en vez de productos impresos. Por eso, antes había muchos pedidos que ya no tenemos. Las remesas de impresión son cada vez más cortas y tienen que estar disponibles más rápido, y la única forma de contrarrestar esta tendencia es con máquinas nuevas. En el futuro, habrá menos imprentas. Las que queden tendrán que asegurarse de que estén bien posicionadas para el futuro", dijo Harig.
Utilizar la impresión 3D y trabajar con expertos como Krumma y CTS-3 da a HEIDELBERG la capacidad de acelerar el desarrollo de productos, lo que a su vez permite a sus clientes finales mantener su competitividad en un mercado que está cambiando con rapidez.
"Si no tuviéramos acceso a esta tecnología, sobre todo a la impresión 3D SLS con la serie Fuse, entonces los procesos de desarrollo serían terriblemente largos. Las máquinas nos permiten avanzar mucho en el desarrollo en muy poco tiempo. Podemos hacer pruebas, rechazar ideas o desarrollarlas más y producir piezas con la noche para ponerlas a prueba en las instalaciones del cliente al día siguiente. Sin este acceso, el proceso de desarrollo sería casi como la fabricación convencional".
Joachim Krumma, dirección de CTS-3 GmbH
"La impresión 3D avanza a pasos agigantados cada año y se ve que quien se queda quieto se queda atrás. Hemos llegado bastante rápido al punto en el que el proceso de impresión 3D se ha amortizado en comparación con la producción convencional. Es emocionante ver lo que se avecina y lo que todavía está por venir. Nosotros lo esperamos con ganas", dijo Krumma.
