El poder de la medición portátil: Cómo el escaneo láser 3D mejora los procesos de moldeado de metales de principio a fin
Por: Orlando Pérez, Director de Marketing de Productos, FARO Technologies
Como rama de la metalurgia, una subdivisión de los procesos de fabricación, el moldeado de metales es un proceso fundamental que interviene en una amplia gama de ensamblaje de piezas: desde el estampado de metal de los artículos de consumo utilizados en el hogar, hasta numerosos elementos de componentes de aviones y automóviles. Con tantos productos y miles de millones de dólares en juego, la exactitud, la precisión y la repetibilidad son fundamentales.
Este es precisamente el caso, ya que Estados Unidos está saliendo de la pandemia de Covid-19 y se prevé que el mercado mundial de estampado de metales, valorado en 220,000 millones de dólares en 2019, experimente una tasa de crecimiento anual compuesta del 2.8 % entre 2020 y 2027, y que el mercado mundial del forjado de metales, valorado en 84,000 millones de dólares (también en 2019) crezca un 5 % en el mismo periodo. Asimismo, la recuperación internacional también se reflejará en otros sectores de la economía, ya que el Fondo Monetario Internacional prevé un aumento del PIB del 6 % superando su previsión de enero. En un entorno de crecimiento como éste, no pueden producirse fallas de producción, repeticiones costosas, productos fuera de tolerancia ni problemas de seguridad.
Por lo tanto, el escaneado láser 3D mediante la tecnología ScanArm de medición portátil sin contacto, junto con el software de aseguramiento de la calidad e inspección, sigue siendo una de las herramientas imprescindibles para los ingenieros de calidad, ya que garantiza no solo que una pieza individual coincida con el diseño CAD o el plano original, sino que las máquinas de prensado, conformado y troquelado encargadas de dar forma al producto final también funcionen de acuerdo con las especificaciones establecidas. Esto es así tanto en el caso del estampado (un proceso esencialmente deformador, que refleja la capacidad de un material para cambiar de forma a través de la alta presión aplicada sin destruirse) como en el del forjado, a menudo análogo al "estampado con fuego" (piense en el alto calor) en matrices abiertas o cerradas.
Cómo eliminar la “presión"
Gracias a la tecnología más avanzada de ScanArm, así como a las plataformas giratorias de escaneado de varios ejes, la medición de precisión nunca había sido tan rápida ni tan sencilla. Su funcionamiento es simple: un brazo articulado de medición de coordenadas portátil (PCMM) está equipado con un láser sin contacto que mide en tiempo real las coordenadas X, Y y Z y digitaliza esos datos 3D en un entorno virtual. En el caso del ScanArm, una banda láser se refleja en la pieza que se está escaneando y en una cámara que registra los datos, creando una nube de puntos 3D, un modelo digitalizado que contiene las coordenadas X, Y Z de toda la superficie escaneada.
Combinadas, estas dos tecnologías, el ScanArm/láser y la mesa giratoria, junto con un software potente y fácil de usar, pueden: identificar rápidamente las características de los componentes que se desvían de las condiciones nominales (lo que permite realizar ajustes inmediatos en la máquina antes de que se produzcan situaciones fuera de tolerancia), realizar una inspección de los componentes durante el proceso e incluso capturar datos de medición digitales precisos para piezas de ingeniería inversa que carecen de planos o dibujos CAD relevantes.
Desde el punto de vista del flujo de trabajo del conformado de metales, las soluciones avanzadas de hardware y software de metrología 3D de hoy en día han agilizado en gran medida lo que antes era un proceso complicado, que dependía de herramientas manuales propensas a errores, como calibradores y micrómetros, para realizar tareas que requerían mucho tiempo. Es decir, si es que se podían llevar a cabo. Por su propia naturaleza, el estampado de metal es una operación compleja de varios pasos que crea una gran diversidad de productos, muchos de los cuales incluyen geometrías "orgánicas" o irregulares difíciles de medir.
Incluso las CMM fijas tienen dificultades para estar a la altura. A diferencia de sus primas las PCMM, las CMM son voluminosas, inmóviles, requieren conocimientos avanzados de programación de ingeniería y se mantienen en salas de metrología especializadas con temperatura controlada. Quizá lo más importante es que las CMM fijas no pueden medir piezas (o máquinas) en proceso; los componentes fabricados deben transportarse hasta ellas, lo que provoca cuellos de botella en la inspección y genera costos adicionales.
En los automóviles, por ejemplo, el estampado está relacionado con la construcción de paneles de carrocería, marcos, puertas y una serie de pequeños componentes. Los aviones también necesitan una gran cantidad de piezas estampadas, como componentes estructurales, sistemas de generación de oxígeno, carcasas y cubiertas de aviones militares, relevadores, interruptores y sistemas de iluminación. A la hora de evaluar el proceso de moldeado de metales y cómo el escaneado láser 3D puede ayudar en cada paso del proceso, hay que tener en cuenta varios factores:
- El efecto del estampado en la funcionalidad del diseño: ¿Están las piezas estampadas dentro de las tolerancias especificadas en el modelo CAD? Esto es válido tanto para la inspección del primer artículo como para las inspecciones posteriores.
- ¿Las piezas estampadas se mantienen dentro de las especificaciones. Los datos del software de escaneado pueden introducirse en un sistema de control estadístico de procesos (SPC) que puede ayudar a determinar si las piezas tienden a salirse de la tolerancia?
- ¿El troquel produce constantemente piezas con la misma especificación, o las piezas tienden a salirse de la tolerancia debido al desgaste de la herramienta? Si es así, es el momento de realizar una inspección de medición 3D en las propias matrices.
- La seguridad es lo primero que se satisface: ¿Es la pieza segura y funcional, conforme a los requisitos nacionales o específicos del sector?
- ¿Cuál es el tiempo necesario para la producción y el control de calidad, y cuál es el valor de un mayor rendimiento con menos desechos?
La magia del flujo de trabajo
Como se ha demostrado anteriormente, el escaneado láser 3D puede y debe desempeñar un papel integral en los procesos de flujo de trabajo del moldeado de metales. En cada paso del camino hacia la finalización del producto, la digitalización láser puede mejorar enormemente la velocidad y la calidad de las mediciones tomadas, tanto para las piezas individuales/constituyentes como para las propias máquinas.
Retrocediendo la mirada, he aquí un desglose de lo que es el flujo de trabajo de moldeado de metales de una manera fácil de seguir:
Paso 1 Ingeniería: El proceso comienza cuando los ingenieros de diseño y los trabajadores metalúrgicos desarrollan diversas formas y objetos, como cúpulas, conos, medias esferas, cuadrados, globos oculares u óvalos. Una vez desarrollados, se utilizan para fabricar las matrices que darán forma al metal.
Paso 2 Aprobación y acción: Con un diseño de producto aprobado y una matriz creada, el proceso pasa al equipo de estampado de metal. Aquí, el personal trabaja para evaluar los diseños del producto y determinará el proceso y el equipo de estampado de metal que se utilizará.
Paso 3 Trabajo personalizado: Con un diseño, una matriz y un plan en su lugar, comienza el estampado de metal. Las herramientas específicas y los pasos secundarios necesarios dependen del producto que se estampe, así como del material empleado y del tamaño de la producción.
Paso 4 Montaje: Dependiendo de la complejidad del producto, puede realizarse el montaje. Es decir, encajar las piezas de los componentes en el producto estampado, lo que puede requerir ataduras, soldaduras o dobleces. Es fundamental que, tras el ensamblaje, se inspeccione la precisión de todos los productos antes de completarlos. Aquí es donde las soluciones de escaneado láser 3D resultan más vitales y ayudan a racionalizar los costos al tiempo que aumentan la eficiencia.
Paso 5 El final: Una vez completado el ensamblaje, los productos pueden terminarse con el mecanizado. Esto puede incluir el roscado, el taladrado, el aserrado, el fresado, el rectificado e incluso el arenado. La pintura, el sellado o la imprimación completarían el proceso.
Diga "no" al dilema del tercer trimestre
Una vez comprobados todos estos pasos, la inspección final garantiza que un producto metálico moldeado esté listo para su uso público o industrial y que los ingresos se maximicen gracias al aumento de la producción, reduciendo el tiempo de inactividad de la máquina y disminuyendo los costos por el desperdicio de material.
Según varios de los principales economistas del mundo, el tercer trimestre de 2021, que comienza este mes (julio), es el momento en que el mundo empezará a dar sus primeros pasos de vuelta a la normalidad. Y es el momento en que la economía mundial empieza a cobrar el impulso necesario para cumplir las previsiones de crecimiento del 6%.
A medida que los consumidores empiecen a agotar su "colchón de Covid" (Bloomberg Economics calcula que los estadounidenses tienen 1.3 billones de dólares en ahorros pandémicos), ahora es el momento en que la industria de la deformación metálica debe poner en marcha sus operaciones y hacerlo con la confianza de que cualquier producto que hayan fabricado, y las máquinas que lo han hecho, están funcionando dentro de las tolerancias previstas. La mejor manera de conseguir esa línea de visión esencial para el control de calidad es mediante el uso de soluciones de escaneado láser 3D y sus productos de software correspondientes.
El poder de la medición portátil nunca había sido tan poderoso.