Aplicación destacada de Farason Corporation: Placa de montaje de cambio rápido

Durante más de treinta años, Farason Corporation ha diseñado y suministrado sistemas de automatización y robótica personalizados a fabricantes, enviando más de 900 máquinas a Norteamérica, Asia, Sudamérica y Europa. El equipo de Farason incorporó las impresoras 3D de Markforged para aumentar las oportunidades de diseño y producción, en línea con el compromiso de Farason de ofrecer soluciones únicas que se adapten específicamente a los retos a los que se enfrentan sus clientes. Utilizaron Markforged para crear una placa de montaje de cambio rápido personalizada para una solución de herramientas de fin de brazo con pinza de vacío.

Dado que los productos envasados (botellas de champú llenas) que había que mover eran pesados, con forma irregular y se movían rápidamente por la línea, las soluciones de envasado convencionales clasificadas para la transferencia por elevación pesaban demasiado para los límites de carga útil del robot, lo que impedía alcanzar la frecuencia de ciclo y las distancias de movimiento previstas. Con una gran variedad de productos, para retirar y sustituir la placa de montaje de cambio rápido impresa en Onyx® y fibra de carbono continua se necesitaba una herramienta de fin de brazo (EOAT) personalizada, pero las piezas fresadas a medida convencionales (Delrin) son una mala solución: una solución de un solo producto para cada cambio afectaría negativamente al programa de producción y no podría escalarse de forma asequible para adaptarse a los cambios en los robots disponibles y los paquetes transportados.

Según el equipo de Farason, se necesitaba una herramienta de fin de brazo a medida, pero las piezas convencionales (fresadas a medida en Delrin) son una mala solución: 

• Las piezas son caras, y aún pueden ser demasiado pesadas para ciclos rápidos.
• La herramientas de fin de brazo con un rendimiento optimizado requieren costosas configuraciones de fresado para proporcionar morfologías a lo largo de varios ejes, lo que se traduce en costes más elevados y plazos de entrega más largos cuando se fabrican fuera de la empresa.
• Aplicar otras fases de reducción del peso puede ayudar a aligerar la pieza, pero implica una sobrecarga, lo que aumenta el riesgo de que quede inservible y alarga el plazo de entrega todavía más.
• Producir herramientas de fin de brazo adaptadas a un solo uso no es escalable y dificulta los cambios en las plataformas de automatización y el envasado de productos.

Richard Cook, ingeniero de soporte de I+D de Farason, aprovechó las posibilidades de la impresión 3D industrial en combinación con otros componentes de la máquina para crear un sistema personalizado de placa de montaje y placa receptora de cambio rápido. Estas piezas híbridas redujeron el tamaño, el peso y el número de piezas de un sistema convencional de cambio rápido de herramientas de fin de brazo con pinzas de vacío, además de incorporar unos componentes de pinza fiables. Richard Cook destacó que la solución de herramienta de fin de brazo ligera resultante no solo alcanzaba un ritmo de ciclo de 80 piezas por minuto, con movimientos largos de más de 66 cm, sino que esta solución apta para producción permitía cambios sin herramientas al intercambiar las placas receptoras del producto.

Christian Weder, ingeniero de soporte de diseño, desempeña una función clave en el apoyo al diseño y la fabricación de piezas impresas en 3D con los equipos de Markforged en Farason. En su opinión, "elegir la impresión 3D como base de estas herramientas ha sido un gran acierto, ya que nos ha permitido incorporar piezas mecanizadas y reducir la cantidad de aluminio". Mantener la ligereza en estas herramientas es muy importante por lo rápido que nos movemos". Christian Weder añadió que una pieza fabricada con Delrin mecanizado difícilmente alcanzaría el mismo peso objetivo de carga útil del robot, y que los esfuerzos por eliminar material extraño y añadir elementos hacen que una pieza fresada corra el riesgo de quedar inservible, lo que aumenta drásticamente el plazo de entrega al cliente.

Farason Corporation utiliza una impresora industrial X7™ de Markforged para producir las piezas con el material Onyx® de Markforged, con fibra de carbono continua para añadir el refuerzo necesario en una pieza duradera y con múltiples ciclos de cambio. Necesitaban que Markforged fabricara la compleja geometría de la pieza en un material con la resistencia adecuada, incorporando las características de enrutamiento y montaje necesarias para añadir los componentes no impresos al diseño CAD. Esto elimina las numerosas configuraciones de fresado necesarias para cortar morfologías en varios ejes con herramientas convencionales. A continuación, incorporaron piezas metálicas sencillas, como placas de refuerzo y tuercas, y los componentes de las pinzas de vacío directamente en el conjunto para producir una herramienta reforzada y funcional sin sobrepasar los requisitos de peso. 

Al evitar los costosos procesos de fabricación convencionales de piezas únicas, el equipo de Farason pudo escalar su solución para satisfacer las necesidades cambiantes. Tras confirmar y probar el diseño, pudieron implantar la solución en cuatro robots, añadiendo una serie de placas receptoras adaptadas al producto. El uso de la impresión 3D también para las placas receptoras permitió añadir más opciones a sus clientes, incluso después de entregar e instalar la placa de montaje de cambio rápido. 

Richard Cook señala otras ventajas de incluir la impresión 3D en este diseño: texto en la pieza, abrazaderas a presión para los cilindros de cierre articulados, una lengüeta unidireccional y una depresión para la muestra de color de la etiqueta receptora del producto. Estos elementos adicionales facilitan el proceso de cambio sin herramientas y se consiguen sin aumentar el peso. "La impresión 3D —señala Cook— nos mantuvo dentro de los límites de carga útil e inercia del robot, porque esa máquina funcionaba a toda pastilla". 

Pero según Cook, el factor más importante para el equipo de Farason en lo que respecta a su compromiso con los equipos de Markforged se reduce a una sola palabra: continuidad. "Sé que si el cliente llama dentro de un año y necesita otra, podré producirla", afirma Cook. La pieza impresa va a encajar, no va a tener una resistencia o un acabado superficial diferentes, ni otros elementos que puedan crear problemas al cliente. Va a ser la misma según todos los criterios razonables". 


Ventajas de Markforged

• El equipo de Farason informó de que la solución de Markforged supone un 25 % de los costes de su método convencional de fresado CNC.
• Reducción de piezas: reduce el número de componentes de máquina necesarios incorporando soluciones de montaje en un componente impreso en 3D.
• Las herramientas de fin de brazo impresas en 3D, más ligeras y con mayor rendimiento, pueden alcanzar más ciclos.
• Produzca en horas en lugar de semanas; fabrique las piezas cuando las necesite.
• Reduzca los costes de inventario imprimiendo bajo demanda.