Inspección en 3D para diagnóstico de lo invisible

A la par que crece la demanda por la confiabilidad en las piezas fabricadas, crece también la exigencia por la reducción de costos. Y a medida que crece la especialización lo que buscan los mayores compradores globales es contar con proveedores que les garanticen una fabricación sin defectos.

Una gran aliada en esta garantía de calidad total es la tecnología de escaneo a través de tomografía computacional (CT) con rayos X, que permite detectar poros, cavidades, fisuras y otras imperfecciones en las piezas metálicas. La tecnología es particularmente útil en piezas de fundición, soldaduras y piezas elaboradas a partir de métodos aditivos de manufactura, pero también resulta útil cuando puede haber porosidades o defectos ocasionados por el mecanizado (grietas) o por la fabricación del metal base.

El metal ligero se utiliza cada vez más en la industria, especialmente en el sector del automóvil; una de las razones es cumplir las especificaciones de las iniciativas de protección del clima, y las carrocerías más ligeras son un factor importante. Pero la construcción ligera implica una mayor fragilidad y menores tolerancias en la fundición y el procesamiento. Los fabricantes tienen que dominar estos retos en la producción y también en la garantía de calidad; por eso, los métodos de inspección y medición no destructivos, como la tecnología de rayos X, son la mejor opción.

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El proceso de fundición de metales ligeros es complejo, y el riesgo de producir piezas defectuosas es alto. A menudo los defectos se encuentran en el interior de las piezas fundidas y no son visibles en la superficie. Ya sean poros, inclusiones o agujeros de contracción, por ejemplo, todos los defectos pueden perjudicar gravemente la estabilidad y la funcionalidad de una pieza. Si no se detectan, las piezas afectadas pueden dar lugar a problemas considerables y a elevados costes más adelante en el proceso de producción.

Esto se debe a que los costes por pieza aumentan con cada paso. Por tanto, es esencial detectar los defectos y errores críticos de forma fiable y en una fase temprana del proceso de producción. Si los fabricantes quieren "ir a lo seguro" con sus piezas, deben confiar en una sofisticada tecnología de inspección y medición en una fase temprana. En el mejor de los casos, esto significa detectar defectos y deformaciones de forma no destructiva con rayos X, incluso en la línea de producción.

¿Cómo funciona la inspección CT?

El escaneo industrial CT utiliza la capacidad de los rayos X de penetrar productos. Se utiliza una fuente de emisión de rayos X, que pasan a través del objeto a medir y son detectados por un sensor. “El rayo tiene una forma de cono y produce imágenes radiográficas del objeto, que el sensor trata de la misma manera que el sensor de imágenes en una cámara digital”, explica la empresa Exact Metrology.

Durante el proceso de tomografía, varios cientos o miles de radiografías en 2D se hacen de manera secuencial, con el objeto medido rotado en numerosas posiciones. La información 3D está contenida en la secuencia de imágenes digitales que se genera. “Utilizando métodos matemáticos, se calcula un el modelo de un volumen que describe toda la geometría y la composición del material de la pieza de trabajo”, de acuerdo con el proveedor.

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Las primeras aplicaciones de la tecnología CT fueron en la medicina, y esta tecnología sirvió de base a lo que hoy en día conocemos como escaneo a escala industrial. La gran diferencia entre las imágenes médicas y las industriales radica en la frecuencia necesaria para la toma de datos y la precisión o nitidez de las imágenes obtenidas.

La calidad de la imagen depende en gran medida del tamaño de la pieza a medir; las piezas de gran tamaño necesitan unidades mayores para poder representar todo el producto. La orientación de los rayos X hacia la pieza y la distancia también determinan la precisión y calidad de la imagen. La densidad del producto es relevante; entre más denso el material, más exposición a la radiación se requiere para evaluar defectos internos – pero si se expone una pieza poco densa a exceso de radiación, es posible que la dispersión de la información lleve a conclusiones inadecuadas. Y también el “paso”, o distancia entre el número de cortes 2D que se hacen para construir la imagen en 3D, es relevante a la hora de definir la nitidez de la imagen. El tamaño de la pieza a medir, la velocidad de la inspección y la resolución requerida son los factores determinantes a la hora de escoger la solución correcta.

Saber dónde y saber por qué

Los defectos internos hacen visibles las soluciones de inspección 2D de forma rápida y automática con un solo escaneo. Sin embargo, para los fabricantes que producen piezas de paredes especialmente finas y, por tanto, frágiles -por ejemplo, para cumplir la norma Euro 6 para vehículos-, la mera detección y determinación de los defectos no es suficiente. Es importante conocer su posición y dimensiones exactas.

Esto se puede conseguir con la tecnología de rayos X en 3D. El proveedor Zeiss de equipos de inspección ofrece por ejemplo algunas soluciones de tomografía computarizada, y propone no solamente detectar los errores sino evaluar los defectos con vistas a los siguientes pasos de procesamiento.

El reto es el corto tiempo disponible para la inspección. “El ciclo de la línea de producción, que a veces es inferior a un minuto, determina el tiempo máximo para la inspección”, afirma Zeiss en un comunicado. Para este propósito la compañía ofrece la serie VoluMax, que permite cumplir con las necesidades de rendimiento aún en piezas de gran tamaño. En este tipo de equipos es posible contar con un alimentador automático que envíe las piezas directamente a través del sistema, garantizando la máxima eficiencia. “Con solo ocho segundos por pieza para la carga y descarga, los tiempos de inactividad se reducen al mínimo”, declara el fabricante.

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El software de evaluación Zeiss Automated Defect Detection (ZADD) es especialmente valioso para el usuario cuando las piezas deben evaluarse de forma automática y fiable. La herramienta no solo detecta defectos como agujeros de contracción, grietas o poros, sino que también los clasifica y localiza.

La mayor ventaja para el usuario es la función de evaluación: muestra si un defecto detectado causará problemas en los pasos posteriores del proceso. Esto permite a los fabricantes clasificar las piezas defectuosas de forma fiable y específica. Utilizando adicionalmente el software de gestión de datos Zeiss PiWeb, que detecta una acumulación de defectos individuales, es posible intervenir en el proceso de fundición en una fase más temprana para evitar el aumento de desperdicios en la producción.

Anticiparse a los problemas 

Una alternativa valiosa para la identificación temprana de problemas en fundición es el uso de herramientas de simulación que permitan anticipar la aparición de defectos. Una de las herramientas de software disponibles es Magmasoft, de origen alemán, que puede predecir la formación de porosidades. La gran ventaja de este tipo de aproximación radica en que es posible probar varias configuraciones del diseño de producto y de proceso antes de siquiera fabricar el primer molde; así que en lugar de ver los daños que ya están en la pieza, la herramienta permite ver los posibles poros que pueden aparecer antes de empezar la fabricación, y también permite probar diferentes alternativas para intentar corregirlos.