Robots para fresado: manufactura personalizada y de alta precisión

Los talleres generalmente deben ofrecer productos de alta calidad a precios bajos para seguir siendo competitivos. Para responder a este requerimiento, tres institutos Fraunhofer están trabajando en la próxima generación de robots industriales que facilitarán los procesos de producción rentables.

Los investigadores están enfocados en desarrollar una nueva cinemática para fresar materiales ligeros, metales y aceros. El objetivo: lograr una tolerancia de producción de solo 0,1 milí­metros en todo el espacio de trabajo del robot, comenzando con el primer componente.

Cada vez más consumidores exigen productos personalizados a la medida. Las plantas del futuro deberán ser eficientes y versátiles si esperan cumplir con los requisitos cada vez más estrictos y las necesidades especí­ficas de cada cliente, todo mientras se domina la presión del aumento de los costos. Las máquinas herramienta de alta precisión que imparten una cierta forma geométrica a las piezas de trabajo siguen siendo la solución.

Los robots industriales convencionales simplemente no han podido, por su precisión insuficiente, suplantar tales máquinas herramienta. El uso de robots para operaciones de fresado sigue siendo particularmente desafiante. Principalmente debido a los engranajes: la baja rigidez del robot desví­a la herramienta, lo que reduce su atractivo para el uso.

De hecho, el personal de producción debe cumplir con tolerancias extremadamente ajustadas cada vez que mecaniza materiales livianos, como aluminio o plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP), así­ como metales y aceros.

Producción personalizada

Los investigadores que trabajan en el proyecto conjunto de Fraunhofer "Flexmatik 4.1" están desarrollando un robot industrial diseñado para el fresado de alta precisión de materiales ligeros. Los socios del proyecto son los Institutos Fraunhofer para Sistemas de Producción y Tecnologí­a de Diseño (IPK), para Tecnologí­a de Fabricación y Materiales Avanzados (IFAM), y para Durabilidad Estructural y Confiabilidad del Sistema (LBF).

Sascha Reinkober, jefe de departamento de Fraunhofer IPK, explica: "Estamos diseñando una cadena cinemática multieje que está especialmente diseñada para procesos de trayectoria continua". El robot procede desde el punto A al punto B del componente que se está mecanizando al atravesar un sistema lineal unidad, un tipo de carril.

"Las simulaciones del sistema que realizamos durante la fase de diseño indican que podemos lograr un objetivo de precisión de más o menos 0.1 milí­metros. Esto será posible comenzando desde el primer componente, a pesar de las fuerzas de proceso que actúan sobre él. Por lo tanto, los fabricantes pueden personalizar la producción, incluso para un tamaño de lote de solo una unidad" dice Jan Hansmann, lí­der de proyecto en Fraunhofer LBF.

"Bajo la exposición de las fuerzas del proceso, el robot se alejará mucho menos de su trayectoria objetivo programada. En consecuencia, el robot puede perforar un orificio en el lugar deseado del componente con una precisión mucho mayor, por ejemplo", añade Hansmann.

Para garantizar una alta precisión, el equipo de investigadores está desarrollando un nuevo concepto de accionamiento para ejes individuales. Se utilizan unidades parcialmente directas, que son considerablemente más rí­gidas durante el funcionamiento que las unidades de engranajes de alta tecnologí­a de hoy en dí­a. Y una nueva estrategia de control climático minimiza la imprecisión debido a las fluctuaciones de temperatura. El robot también está equipado con un control CNC para máquinas herramienta. Por último, el nuevo Flexmatik presenta un sistema de control de vibración activo.

El nuevo robot diseñado ofrece beneficios clave en comparación con las máquinas herramienta: el costo de adquisición disminuye hasta en un factor de 10 y el consumo de energí­a hasta en un factor de 15. Gracias a su unidad lineal, el Flexmatik exhibe un espacio de trabajo en par con fresadoras de pórtico grandes, y mejor accesibilidad. Comparado con una fresadora de pórtico, Flexmatik no requiere una base pesada especial. Esto mantiene los costos de construcción más bajos y les otorga a los usuarios flexibilidad para configurarlo. Los investigadores de Fraunhofer quieren completar un prototipo funcional para finales de 2018.

Su innovador robot de fresado puede manejar una amplia gama de aplicaciones, incluido el mecanizado de grandes estructuras CFRP como fuselajes, el fresado de componentes para turbinas de gas y el nuevo perfilado de herramientas de prensa.

"El Flexmatik es una opción adecuada para muchas aplicaciones en prácticamente todos los sectores que utilizan máquinas herramienta. Pero no se trata de reemplazarlas. En cambio, Flexmatik puede ser una adición útil que comparte cargas de trabajo. El objetivo final es hacer que los procesos de producción sean más rentables", enfatiza Sven Philipp von Stí¼rmer, lí­der del proyecto en Fraunhofer IFAM.