Norteamérica: el diseño digital y la automatización influyen en la productividad de moldeo

El software ha desempeñado, desde hace tiempo, un papel vital en el diseño de productos y del moldes, mientras que la automatización ha sido siempre una forma de aumentar la eficiencia de la producción. Actualmente, la diferencia es que hay más software de diseño que incorpora características de alta tecnología como la simulación y análisis 3D e incluso la representación de imágenes de realidad virtual. Estas capacidades ayudan a los usuarios a desarrollar y ajustar con precisión, rápidamente, la fabricabilidad de las piezas y moldes antes de gastar dinero cortando acero.

En la automatización, la tendencia principal es que los moldeadores añaden robots cada vez más asequibles a sus líneas. Durante años, los robots eran sistemas especializados, grandes y rápidos, de alto precio y que requerían habilidad para programarlos. En lo que puede llamarse una “democratización de la automatización”, el coste de muchos robots ha ido bajando, haciendo que sean cada vez más asequibles. La programación es también más fácil; en muchos casos puede realizarse con un teléfono inteligente o una tableta. Y en un importante avance, se han desarrollado “robots colaborativos” que son lo bastante seguros para trabajar junto a los humanos y son fáciles de programar.

Hay una serie de factores que influyen en las ventajas del software de diseño y la robótica. Uno es la revolución digital que fomenta la conectividad de las máquinas y datos en toda una fábrica. Otro es el crecimiento de materiales avanzados que pueden combinar propiedades contraintuitivas como una alta resistencia y peso ligero. Dado que, con frecuencia, son necesarios diseños no convencionales para realizar el potencial de estos materiales, los ingenieros necesitan software que les permita desarrollar formas innovadoras.

Los ejemplos de proveedores que persiguen las capacidades avanzadas de fabricación y diseño digital incluyen Siemens, cuyo software PLM (Product Lifecycle Management) NX proporciona múltiples características y ofertas de programas. El software NX es una plataforma a la que diseñadores, moldeadores y fabricantes de utillajes añaden software integrado para aplicaciones en todo el desarrollo de productos.

Entre los programas hay capacidades de diseño con simulaciones 3D; software que calcula el alabeo, la refrigeración, contracción y deformación en el diseño de utillajes; software de fabricación para desarrollo de moldes; cálculo de costes de utillajes; software NC para máquinas; software CAM para producción; y software de control de calidad.

Siemens afirma que el software NX reduce el tiempo de diseño un 30% de media. Paul Brown, director de marketing senior de la Unidad de Ingeniería de Producto NX, cree que la integración de software permite a los usuarios desplazarse, sin fisuras, del concepto a la cualificación de diseño, desarrollo de moldes y producción de máquinas. Las eficiencias y los ahorros de costes, especialmente en la fabricación de moldes, pueden hacer las empresas más competitivas con las fuentes de moldes deslocalizadas.

Otro proveedor de software avanzado es Dassault Systémes. A través de programas de simulación 3D como Catia, software de materiales como Solidworks y Delmia, un programa de “pareja digital” para construir líneas de producción, Dassault proporciona capacidades integradas que reducen el tiempo de desarrollo de producto —del 20 al 50% en el caso de Solidworks—, afirma Lotfi Derbal, responsable de la gama de productos senior.

Solidworks permite realizar simulaciones, por lo que los diseños pueden optimizarse antes de efectuar las inversiones en moldes y fabricación. En el desarrollo de moldes, Derbal dice que los ingenieros pueden probar canales de refrigeración, equilibrar componentes, comprobar el flujo y evaluar la calidad de las piezas.

Catia suministra programas de simulación 3D que son orientados al proceso, comenta Fabrice Agnes, director de gestión de la gama de ingeniería. Estos incluyen Plastic Mechanical Designer, que permite interacciones rápidas de diseños, compensa características como rejillas, nerviaciones, refuerzos y salientes, mostrando cómo afectan los cambios al llenado, flujo y otras operaciones. Otra aplicación, Mold and Tooling Designer, permite experimentar con insertos, expulsores, sistemas de refrigeración, líneas separadoras, superficies separadoras y otras características de moldes.

Un desarrollo reciente, que podrá verse en K 2016, es Functional Generative Designer, un software que permite optimizar el sistema de refrigeración de un molde, ya sea fabricado mediante mecanizado convencional o con fabricación aditiva (impresión 3D), para mejorar la producción de piezas y las propiedades.

La mayoría de los robots son rápidos, repetibles y coherentes. También funcionan alejados del personal, por seguridad. “Un robot potente que puede moverse rápidamente no es apropiado para trabajar junto a humanos”, afirma Sonny Morneault, director de ventas nacional para EE UU de Wittmann Battenfeld, que vende robots y equipo primario como prensas de inyección. Morneault cree que aumentará la demanda de robots, principalmente sistemas auxiliares para máquinas, que colocan insertos en moldes, etiquetan piezas y extraen piezas a alta velocidad.

También existe una tendencia hacia los robots colaborativos – plataformas ligeras para montar, cargar y descargar, así como empaquetar, que interactúan con los humanos de forma segura. Los fabrican algunas compañías. Una es Rethink Robotics, con dos modelos: Baxter y Sawyer. Son de bajo coste, ligeros y pueden reprogramarse enseñándoles los movimientos de los brazos y pulsando un botón “Intro” en un terminal. Baxter tiene dos brazos, con 7 grados de libertad. Sawyer tiene un brazo con 7 grados de libertad. Cada uno de ellos levanta hasta 4 kg.

Los empleados desplazan los robots sobre ruedas por toda la planta. Las características incluyen: reconocimiento de la ubicación y configuración automática para trabajados; actuadores por resorte para forzar el control; sensores de brazo que miden la desviación del resorte durante el movimiento y ajustan el motor del brazo para compensarlo; y autoprogramación. También tienen sensores que detectan si un empleado se acerca demasiado; si es así, los robots detienen el funcionamiento. La empresa dice que el retorno de la inversión de los robots, normalmente, es solo de meses.

Los robots convencionales son cada vez más versátiles. Un área citada por Morneault es la obtención y transmisión de los datos de producción. Sin embargo, destaca que pocos clientes utilizan esta tecnología y solo para uso interno.

Los avances en el software de diseño y la robótica ofrecen solo una imagen de la actividad que se está realizando en la industria de los plásticos de Norteamérica. El impacto que tienen y el potencial que crean para los desarrollos como la fábrica del futuro y otras tendencias de mejora de la productividad es considerable. Estas capacidades, que se mostrarán en K 2016, podrían constituir la base para niveles superiores de productividad y economía que seguirá necesitando la industria