Digital twin ayuda a un ingeniero a triunfar con el CNC

National Medical Products utiliza el software CAM de Esprit para potenciar las máquinas-herramienta avanzadas, diversificar las capacidades de producción, y eliminar la necesidad de subcontratación.

Harit Patel era un principiante en programación CNC cuando la empresa donde trabaja, National Medical Products, adquirió un par de máquinas-herramienta CNC avanzadas y el software de fabricación asistida por ordenador (CAM) necesario para controlarlas. Como uno de los ingenieros de producción de la empresa, le tocó a Patel —que se licenció en ingeniería mecánica en 2020— producir y fabricar las herramientas necesarias para mantener el ritmo de la demanda de su popular producto médico y diversificar el negocio.

Durante más de dos décadas, la empresa ha cosechado un éxito continuado gracias a la popularidad de su sistema de inyección sin aguja J-Tip. Desarrollado, fabricado y comercializado por National Medical Products, el J-Tip es un dispositivo de inyección subcutánea de un solo uso que utiliza una cámara de alta presión para administrar anestesia local como preparación para procedimientos tradicionalmente dolorosos basados en agujas.

Ahora, la empresa pretende introducirse en nuevos mercados sin dejar de desarrollar productos propios. “Queremos seguir diversificando nuestra cartera en el sector sanitario”, afirma Patel. “Estamos viendo mucha innovación en el sector sanitario, lo que nos da la oportunidad de innovar los productos existentes y desarrollar otros nuevos para que los pacientes, en todo el mundo, consigan una asistencia sanitaria eficaz”.

El utillaje que la empresa ha utilizado durante años para producir la punta en J era fabricado manualmente in situ por un empleado que llevaba mucho tiempo jubilado. En lugar de subcontratar el desarrollo y la producción de herramientas en el extranjero, Patel colabora estrechamente con un ingeniero externo para desarrollar herramientas que pueda producir y poner a punto en la propia empresa. “Muchas empresas que antes subcontrataban la producción de utillaje en el extranjero ahora lo hacen en el extranjero porque el precio es más o menos el mismo, y los plazos de entrega son mejores con las demandas actuales del mercado”, explica Patel. “Los mayores costes logísticos causados por los aranceles, los materiales y las tasas de transporte también son un incentivo para hacer todo lo posible en el país”.

National Medical Products optó por adoptar plenamente las herramientas modernas del oficio para fabricar su nuevo utillaje y, en 2021, adquirió dos máquinas-herramienta CNC de Okuma equipadas con controladores Okuma OSP. La nueva línea se compone de una fresadora de 3 ejes con una mesa giratoria posicional +2 y un torno de 4 ejes con un eje Y interpolado, que proporcionan capacidades de mecanizado flexibles que garantizan que la empresa pueda producir de forma eficiente prácticamente cualquier cosa.

La mesa giratoria posicional de la fresadora permite a la empresa realizar un mecanizado de 3+2 o de 5 ejes posicionales, que consiste en bloquear las herramientas de corte para mecanizar en dos ejes adicionales de modo que las piezas puedan mecanizarse desde todos los lados, aunque no simultáneamente. Sin embargo, al igual que el mecanizado simultáneo en 5 ejes, el mecanizado en 3+2 permite utilizar herramientas más cortas para mejorar la estabilidad del corte y la calidad de la superficie, entre otras ventajas.

En esta misma línea, el eje Y interpolado del torno de la empresa permite a Patel y a su equipo lograr más en una sola operación y con una sola máquina-herramienta. La posibilidad de realizar operaciones de fresado descentrado —como el taladrado— en piezas torneadas elimina la necesidad de transferir las piezas a una fresadora para realizar operaciones adicionales. El uso tanto de la mesa giratoria como del eje Y interpolado aumenta la capacidad del equipo para realizar más operaciones de una sola vez, al tiempo que reduce las laboriosas configuraciones de la máquina que aumentan las posibilidades de error.

Como la empresa nunca había utilizado maquinaria CNC de última generación, desconocía por completo el software CAM necesario para manejarla. Después de investigar sus opciones, Patel y su equipo eligieron el software Esprit de Hexagon porque la solución está desarrollada específicamente para controlar maquinaria avanzada utilizando código NC (control numérico) sin edición.

Las operaciones realizadas en maquinaria multieje y multicanal pueden ser difíciles de programar y simular con precisión. Esto es especialmente cierto en los casos en los que el sistema CAM no trabaja con posprocesadores específicos de la máquina, o software que traduce el código NC —o código G— generado por el sistema en comandos que las máquinas-herramienta entienden.

Desde que la maquinaria CNC ganó terreno en la década de 1990, los maquinistas experimentados han editado el código G en el control para realizar cambios en la trayectoria de la herramienta generada por el software CAM según sea necesario, a menudo para hacer que la trayectoria de la herramienta sea más eficiente, pero también para hacerla más segura para el mecanizado.

La continua expansión de las capacidades de las máquinas-herramienta ha hecho posible el mecanizado de piezas muy complejas que hace 30 años simplemente no podían fabricarse con máquinas CNC; la contrapartida es que estas máquinas avanzadas son mucho más difíciles de programar.

Los operarios que podían programar manualmente las piezas de antaño tendrían que revisar miles de líneas de código durante varios días para producir las piezas complejas de hoy en día, como las que tienen superficies de forma libre. Hoy en día, los operarios menos experimentados no suelen tener los conocimientos necesarios para editar el código en el control, y la creciente complejidad de las piezas significa que la necesidad de un software CAM robusto y fiable es mayor que nunca, independientemente del nivel de experiencia del operario. “Hay muchos elementos complicados, especialmente en el torno, que cualquier software CAM ordinario no sería capaz de reproducir por seguridad y para evitar choques u otros tipos de daños”, dijo Patel. “No estábamos seguros de qué software elegir, pero elegimos Esprit porque trabajan en estrecha colaboración con Okuma, y supusimos que realmente tendrían el soporte marcado. Poco esperábamos, realmente querían decir que trabajan estrechamente con Okuma”.

A través del área de productos Esprit, Hexagon es miembro de la red Partners in THINC de Okuma, un conjunto de socios que colaboran estrechamente con Okuma para superar los retos que afrontan los clientes comunes. Instalado en la sede de Okuma America Corporation en Charlotte, Carolina del Norte, el personal de Esprit trabaja con el personal de Okuma para poner a punto los postprocesadores específicos para máquina de Esprit y desarrollar soluciones que resuelvan los problemas de los clientes.

El desarrollo y la producción de moldes de inyección de plástico son intrínsecamente complejos debido, entre otras cosas, al comportamiento imprevisible de los materiales y a la abundancia de componentes que incluyen piezas móviles. Como tal, la producción de moldes es difícil para cualquier fabricante sin experiencia en utillajes y especialmente desafiante para alguien totalmente nuevo en el software CAM. “Aprendí sobre la marcha, así que hacer el utillaje no fue demasiado difícil”, dijo Patel. “Hizo falta un poco de paciencia, pero fuimos capaces de reproducir el utillaje con el software”. Patel descubrió que el gemelo digital generado por Esprit, que representa gráficamente su entorno de mecanizado, era especialmente útil para asegurarse de que podía utilizar su compleja maquinaria con confianza.

“Si pasa algo por alto o se equivoca en un decimal, su pieza y/o su máquina pueden convertirse en un pisapapeles”, dice. “El software me permitía verlo todo antes de empezar a mecanizar, y me decía si algo estaba a punto de fallar y cuándo tenía que comprobar las holguras. Pensaba que el gemelo digital no era más que publicidad, pero realmente representa lo que va a ocurrir. Puedo programar cualquier pieza con Esprit sin tener ninguna duda en mi mente de que conseguiré los resultados que quiero con seguridad”.

El gemelo digital de Esprit representa el material, la máquina-herramienta y los datos específicos del proveedor para herramientas de corte, portaherramientas y portapiezas. Las capacidades de simulación del software se basan en la precisión de este gemelo digital y están mejoradas por la inteligencia artificial (IA) consciente de la máquina. El motor de IA del software, pendiente de patente, representa un cambio en la forma de controlar las máquinas CNC, ya que utiliza la IA para simplificar la programación, optimizar la trayectoria de las herramientas, aumentar su vida útil y mejorar el rendimiento de la máquina.

Los enlaces entre los movimientos de la máquina son impulsados por el motor de IA para generar automáticamente un posicionamiento rápido sin colisiones entre los ciclos de corte. Estos enlaces están optimizados para la máquina, las herramientas y la configuración para un posicionamiento automático y seguro entre las operaciones de corte y no corte, como los cambios de herramienta y la manipulación de piezas. De este modo se reduce el tiempo de ciclo, se simplifica el postprocesado y se ofrecen soluciones de acoplamiento adaptadas a los requisitos de la máquina. Esta inteligencia incorporada ayuda a Patel a navegar por el proceso de programación de la sofisticada maquinaria al tiempo que logra la eficacia del mecanizado y cumple los requisitos de calidad.

Además de reiniciar la producción interna de moldes de inyección de plástico y continuar desarrollando y fabricando productos patentados, National Medical Products también pretende diversificar sus capacidades produciendo piezas únicas y pequeños lotes para lograr una mayor utilización de la nueva maquinaria. “Esprit ha elevado realmente el juego”, dijo Patel. “Después de utilizar el programa durante unos meses, podemos producir piezas únicas de aluminio y acero y, lo que es más importante, podemos producir herramientas internamente a un ritmo más rápido y dentro del control interno. Hubo un poco de curva de aprendizaje porque yo tenía muy poca experiencia en CAM, pero después de la segunda sesión de formación todo encajó y mi capacidad para empezar a utilizarlo solo mejoró notablemente”.

Patel señala que el apoyo prestado por el equipo de Esprit le ayudó a aprender rápidamente cómo utilizar la inversión de la empresa en maquinaria y software. “Cuando tengo una pregunta o no obtengo los resultados que quiero, estoy a sólo siete dígitos de obtener la respuesta que necesito”, dice. “No sabía que existía el CAM hasta hace un año, así que, si puedo aprender a crear herramientas y piezas únicas en un par de días, demuestra que el software es lo suficientemente potente como para ayudar a quienes no tienen conocimientos de CAM a mejorar rápidamente sus habilidades y producir trabajos de precisión”.