Superar las limitaciones de los métodos tradicionales de fabricación de herramientas con fabricación aditiva

Para mejorar la capacidad de respuesta a los clientes, el equipo de I+D de Celoplás busca constantemente formas de mejorar su capacidad de producción con nuevas tecnologías y procesos. Al analizar sus procesos de fabricación de herramientas para la línea de producción, el equipo identificó limitaciones de los métodos tradicionales de fabricación que había que solucionar. Por esta razón, la empresa elaboró un caso de negocio interno para evaluar el potencial de la fabricación aditiva para resolver estos problemas.

Ana Cortez, responsable de I+D+i de Celoplás, comenta: “Siempre hemos utilizado fresado o amolado para la producción de nuestras herramientas, pero en el caso de las más complejas nos hemos visto limitados a geometrías rectas, lo que ha influido negativamente en nuestra eficacia de fabricación en algunas aplicaciones. Además, el peso de algunas de las herramientas de aluminio que fabricamos supone un riesgo de problemas en la maquinaría en la que se utilizan. Por todo esto, hemos desarrollado un caso de negocio para una solución de fabricación aditiva de polímeros que podría resolver las limitaciones de peso y geometría de la producción tradicional de herramientas, y al mismo tiempo agilizar nuestros plazos de producción”.

Después de analizar varias soluciones de nivel industrial para la cadena de producción, Celoplás adquirió una impresora 3D Fortus 450mc con tecnología FDM a través del distribuidor local de Stratasys, CODI. Actualmente, el sistema se utiliza a gran escala para una serie de aplicaciones de fabricación de herramientas, que incluyen fijaciones impresas en 3D para validación de la calidad en la planta de fabricación, así como guías para medir dimensiones en piezas moldeadas por inyección. Sin embargo, donde se han obtenido algunas de las mayores eficacias de fabricación ha sido en las herramientas de extremo de brazo, lo que ha sido fundamental para demostrar el caso de negocio para la fabricación aditiva FDM.

En la línea de producción, las herramientas de manipulación para brazos de robot son esenciales para sacar las piezas de los moldes al final de cada ciclo de moldeo por inyección y depositarlas después en una cinta transportadora para su empaquetado. Tradicionalmente, estas herramientas se fabrican mediante fresado en aluminio y acetal. Se trata de un proceso que requiere mucho tiempo y el diseño de las herramientas tiene limitaciones si lo comparamos con lo que se puede conseguir con la fabricación aditiva. “Desde que utilizamos la Fortus 450mc, ya no estamos limitados por las restricciones de los métodos de producción tradicionales a la hora de fabricar las herramientas de manejo para los brazos de robot”, comenta Cortez. “Por ejemplo, las geometrías complejas como los canales de aire internos y las trayectorias curvas no se podían realizar con el mecanizado por CNC. Ahora podemos optimizar el diseño de la herramienta con detalles minuciosos y complejos porque sabemos que la Fortus 450mc fabricará rápidamente una herramienta compleja con alta precisión y repetibilidad. De hecho, con la impresora 3D podemos fundir piezas en una sola impresión para obtener geometrías más orgánicas”.

Además de solucionar el problema de la geometría, la sustitución de la herramienta de aluminio por una equivalente más ligera en termoplástico ha proporcionado ventajas adicionales. “La herramienta de manejo impresa en 3D pesa un 40 % menos que la herramienta metálica que utilizábamos antes. Esto rebaja considerablemente la tensión sobre los brazos de robot, algo muy importante porque no solo aumenta la velocidad de su movimiento y su productividad, sino que también reduce el índice de degradación del robot gracias al menor peso de la herramienta”, explica Cortez. “Además, podemos producir las herramientas más rápidamente, en un 40 % menos de tiempo que con los métodos convencionales, y con un coste mucho menor”.

La empresa subcontrataba gran parte de su producción de herramientas por lo que la integración de la tecnología FDM en los flujos internos ha tenido un efecto mucho mayor en la capacidad global de producción de Celoplás. Gracias a la posibilidad de imprimir en 3D herramientas de producción personalizadas a petición, la empresa depende mucho menos de los proveedores y satisface mejor los requisitos de fabricación. “La fabricación aditiva se ha convertido en un componente integral de nuestras operaciones de fabricación, lo que nos ha permitido ser más flexibles con nuestros proyectos de fabricación", comenta Cortez. “La externalización nos dejaba poco margen para el error cuando teníamos que realizar cambios imprevistos en una herramienta, algo que causaba retrasos en la producción. Ahora, si un ingeniero lo solicita, Podemos rediseñar e imprimir en 3D una herramienta personalizada en cuestión de horas y con un coste mucho menor, e implementarla en la línea de producción de manera inmediata. Esto ha tenido un considerable efecto positive en nuestros plazos de fabricación y nos ha permitido cumplir mejor los plazos de entrega de nuestros clientes de una manera más innovadora”.

Tras la validación satisfactoria del caso de negocio para la Fortus 450mc, Celoplás tiene como objetivo aumentar el uso de la fabricación aditiva FDM en la planta de fabricación para optimizar aún más su proceso de producción. Cortez concluye, “también hemos probado la posibilidad de sobremoldear inserciones metálicas en piezas producidas con FDM. Hemos probado este planteamiento en nuestro caso de éxito de manejo con resultados muy positivos: una reducción considerable del tiempo de montaje. Esta es una de las áreas en las que podemos observar una oportunidad inmediata de mejora gracias a la fabricación aditiva”.