Integrar herramientas de automatización en el proceso de trabajo, tanto de hardware como de software, es esencial para los fabricantes que quieran seguir teniendo éxito en una red globalizada e hipercompetitiva.
Las soluciones robóticas son una de las partes más complejas de esa ecuación. Sus componentes deben ser lo bastante resistentes para soportar el peso de los productos que manipulan, pero lo bastante ligeros para maniobrar. Además, los robots deben estar personalizados para poder manipular con destreza productos que tienen formas muy diversas.
FIT Co. es una empresa con sede en Gifu (Japón) que encontró una solución que le permitió no solo fabricar componentes robóticos con éxito, sino construir todo un negocio en torno a los elementos terminales de brazos robóticos. La nueva rama de robótica de FIT, ARMA, ha aprovechado las capacidades únicas de la tecnología de sinterizado selectivo por láser (SLS) de la serie Fuse para fabricar componentes de robótica que no solo pueden reemplazar los elementos terminales tradicionales para brazos robóticos, sino mejorarlos.
Requisitos de los elementos terminales para brazos robóticos
Este componente de agarre, impreso con el Nylon 12 Powder en la impresora 3D SLS de la serie Fuse que tiene ARMA, es resistente, duradero y ligero. Los elementos terminales de brazos robóticos impresos en 3D, como esta pinza, permiten a las empresas crear soluciones de robótica bajo demanda para diversos productos con formas y pesos diferentes.
Dado que las compras en línea y el modelo de distribución de almacenes de gran tamaño se han convertido en la principal vía para que los productos lleguen a los consumidores, hay una demanda especialmente alta de robots pick-and-place. Los productos son muchos y variados, con cientos de miles de SKU diferentes, y pueden tener cada uno pesos, formas y tipos de embalaje distintos, lo que hace que poder personalizar los elementos terminales de los brazos robóticos sea una capacidad fundamental. Sin embargo, diseñar cada pieza personalizada conlleva una labor de ingeniería compleja.
Aunque el campo de la robótica está avanzando con rapidez, con frecuencia depende todavía de métodos tradicionales de fabricación de metal para todos los componentes, incluidos los elementos terminales de los brazos robóticos. Al fin y al cabo, estos robots tienen que ser resistentes, duraderos y tener la destreza necesaria para manipular productos de diferentes formas y tamaños.
Los métodos de fabricación tradicionales, como el mecanizado o el moldeo, dificultan el cumplimiento de esos requisitos, por lo que los elementos terminales de los brazos robóticos suelen fabricarse con múltiples componentes que funcionan como conjuntos de piezas. Cuantos más componentes, mayor es el riesgo de que los fabricantes de robótica se vean afectados por interrupciones de la cadena de suministro.
Sin embargo, con la impresión 3D SLS, ARMA puede diseñar componentes con mayor libertad. El lecho de polvo autosostenible de las impresoras de la serie Fuse permite construir piezas sin estructuras de soporte, y es posible crear formas complejas como celosías, canales internos, patrones alveolados o diseños generativos. Aprovechando estas posibilidades de diseño, ARMA optimiza las piezas para que sean ligeras sin perder resistencia ni destreza.
Al usar las impresoras de la serie Fuse e imprimir con el Nylon 12 Powder, ARMA pudo reducir un 40 % el peso de las piezas de pinzas robóticas y efectores terminales. Reemplazar componentes metálicos con nylon y utilizar estructuras alveoladas dentro de los diseños contribuyó a que las piezas impresas dieran un resultado satisfactorio. "En las pinzas de ARMA, la resistencia que ofrece el Nylon 12 Powder es más que suficiente", afirma Takashi Furuta, CEO de FIT y ARMA.
SLS para la producción de uso final
La impresión 3D para una producción de uso final no solo es posible, sino que es más asequible, ágil y escalable que nunca con el ecosistema SLS Fuse de Formlabs. Visita nuestra página de SLS para la producción, donde podrás comparar los métodos de producción, conocer los precios a granel del polvo de impresión y ver la producción en acción con 15 fabricantes diferentes que están usando actualmente la serie Fuse.
Las ventajas de un enfoque multimétodo
El equipo de Furuta imprimió todos estos componentes en la Fuse 1 con el Nylon 12 Powder, y algunos se alisaron con vapor para mejorar su estética y durabilidad, creando productos de calidad de uso final.
Furuta ha tenido mucho éxito combinando métodos de fabricación tradicionales con herramientas modernas y ha incorporado la impresión 3D en los procesos de diseño y fabricación de su empresa desde 2016. La empresa produce muchos componentes que combinan métodos de fabricación de metal con diversas tecnologías de impresión 3D. Cada método de impresión 3D aporta distintas ventajas al proceso. "Utilizamos el FDM para producir rápidamente una única pieza. Para fabricar en grandes cantidades, utilizamos la Fuse 1", dice Furuta.
Cuando FIT empezó a imprimir con la impresora de la serie Fuse en 2022, se dio cuenta de que la resistencia y la calidad de las piezas impresas mediante SLS y acabadas crearían nuevas oportunidades para su negocio. "[Otras tecnologías] no pueden igualar la calidad de la Fuse 1, especialmente en lo que respecta a la libertad de diseño, la isotropía, el acabado de la superficie y la resistencia del material", afirma Furuta.
La precisión dimensional que ofrecen las impresoras de la serie Fuse permite a Furuta diseñar fácilmente piezas para usarlas juntas en conjuntos mayores, porque confía en la fiabilidad y las tolerancias uniformes de la serie Fuse. Combinan sus piezas de Nylon 12 Powder impresas por SLS con componentes metálicos tradicionales para crear sistemas de robótica más ligeros que sus versiones anteriores, pero increíblemente resistentes y duraderos, todo ello por un coste inferior al que tendría mecanizar cada pieza de forma tradicional.
Impresión 3D SLS vs. moldeo por inyección: ¿Cuándo se deben reemplazar las piezas moldeadas con la impresión 3D?
Este libro blanco muestra los costes de casos de uso reales y ofrece recomendaciones para usar la impresión 3D SLS, el moldeo por inyección o ambos.
Alisado con vapor para una mayor calidad estética y facilidad de ensamblaje
El alisado con vapor puede mejorar la calidad de la superficie de las piezas impresas en 3D mediante SLS, así como ayudar a hacerlas más resistentes en entornos de uso final en los que pueden estar expuestas a luz, líquidos o productos químicos.
Las piezas impresas mediante SLS tienen una calidad de uso final en cuanto a su resistencia, pero muchos clientes prefieren utilizar métodos de posacabado avanzado para alterar la superficie de las piezas y eliminar parte de la rugosidad de la superficie que produce la tecnología SLS.
ARMA utiliza el alisado con vapor, una técnica en la que se bañan las piezas impresas en un disolvente químico vaporizado que crea una fusión química controlada del material impreso en 3D, con lo que se llenan las cavidades pequeñas que pueda haber y se forma una cáscara lisa y brillante en torno a la pieza. Notablemente, el efecto de alisado no se limita a las geometrías inmediatamente visibles, lo que lo hace adecuado para piezas complejas con canales internos u otros relieves cóncavos. ARMA utiliza la PostPro SF50 de AMT para obtener un acabado de la superficie liso, lo que facilita aún más la integración de los componentes de Nylon 12 Powder en los conjuntos de piezas.
Mejora con el alisado con vapor de la calidad de la superficie de piezas impresas en 3D mediante SLS: Un estudio colaborativo de Formlabs y AMT
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Reducir el número de componentes para proteger la cadena de suministro
Las impresoras SLS tienen lechos de impresión autosostenibles, por lo que las piezas pueden diseñarse creativamente enteras, de una sola pieza, reduciendo la dependencia de contratistas externos para obtener varias piezas y proteger la cadena de suministro de ARMA.
Al limitar el número de componentes individuales que conforman una pinza terminal o un componente robótico, ARMA puede mitigar el riesgo de que los problemas en la cadena de suministro afecten a la producción o distribución de sus productos. Implantar la impresión 3D en su empresa con la serie Fuse es una de las formas de las que están controlando sus medios de producción. "Las pinzas y los efectores terminales que fabricamos con la Fuse 1 están diseñados para ser personalizados, ya que las necesidades varían en función de la empresa y las instalaciones de producción que las usan", dice Furuta. Si cada uno de esos pedidos personalizados requiere ensamblar múltiples componentes y utilizar materiales diferentes, los tiempos de espera por los que tienen que pasar los clientes hasta recibir sus piezas pueden descontrolarse rápidamente.
El ecosistema SLS Fuse es compacto, requiere muy poca infraestructura y puede utilizarse en una oficina o una fábrica. Adoptarlo para usarlo in situ como solución de producción es posible incluso para una empresa como ARMA que está empezando a encontrar su base de clientes. Para una producción de bajo volumen en la que los métodos de producción en masa son demasiado costosos y complicados, la impresión 3D SLS in situ es la solución perfecta.
Externalización vs. internalización: ¿cuándo tiene sentido realizar la impresión 3D SLS en la propia empresa?
En este libro blanco, evaluamos la propuesta de valor de incorporar las impresoras 3D SLS en tus instalaciones, en comparación con la externalización de piezas de SLS a una empresa de servicios.
La funcionalidad y la estética se combinan en ARMA
Integrar la serie Fuse en el proceso de trabajo de fabricación ayudó a FIT a crecer con tanto éxito que pudo dedicar una división entera, ARMA, a la fabricación de estos componentes terminales de brazos robóticos.
Furuta, que suele ser reservado, tenía una sonrisa en la cara cuando le preguntamos por la Fuse, diciendo simplemente: "Es divertida". Eliminar las limitaciones de diseño con la tecnología SLS y la capacidad industrial optimizada que aporta todo el ecosistema SLS son ventajas atractivas para Furuta, que dedica sus energías a convertir componentes aparatosos en sistemas robóticos de alto rendimiento y fácil integración. Con la impresora Fuse, Furuta dice que quiere continuar "buscando una mejor funcionalidad y eliminando cosas innecesarias".
La impresión 3D SLS está creando posibilidades para la fabricación de piezas de uso final resistentes y duraderas que puedan reemplazar a los componentes metálicos. Al incorporar los medios de producción en tus instalaciones y controlar la cadena de suministro, tu empresa puede ser más ágil, estar protegida frente a los riesgos y mejor posicionada para captar nuevas oportunidades.
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