Seja no lançamento de um novo produto ou no aumento da produção de um produto existente, os fabricantes estão sob intensa pressão para automatizar com mais rapidez, confiabilidade e menos riscos. O tempo de colocação no mercado torna-se uma métrica fundamental que afeta diretamente a lucratividade, a competitividade e a satisfação do cliente. Todo atraso significa perda de receita, oportunidades perdidas e custos mais altos.
Tanto para integradores quanto para fabricantes, a criação de um sistema de produção automatizado geralmente envolve a aquisição de vários componentes - como lasers, robótica, controladores e ferramentas - de vários fornecedores. Esse método fragmentado introduz complexidade, atrasos e riscos. Quando surgem problemas, a troca de acusações entre fornecedores pode causar gargalos críticos, estendendo os cronogramas de lançamento e aumentando os custos.
Oferecer às indústrias um caminho melhor para a automação de laser tem sido um dos nossos focos na IPG Photonics. Como fornecedor de sistemas de automação completos, a IPG faz parcerias com fabricantes, trabalhando com suas equipes de produção para projetar, construir, instalar e manter uma solução de produção totalmente integrada. Descobrimos que, com apenas um fornecedor responsável por cada parte da solução, os fabricantes podem aumentar a velocidade, eliminar surpresas e contar com um único recurso para suporte.
Neste artigo, discutiremos os benefícios de trabalhar com um fornecedor abrangente de soluções de automação de laser, especialmente como o parceiro certo pode ajudá-lo a minimizar os riscos e construir uma base mais sólida para o sucesso a longo prazo.
A rota tradicional para a automação
Em geral, os fabricantes contam com uma de duas estratégias para implementar um sistema de automação personalizado: eles mesmos o constroem ou contratam um integrador de sistemas. Embora ambas as abordagens possam funcionar, elas geralmente apresentam riscos ocultos - especialmente para processos baseados em laser - que afetam o tempo de colocação no mercado, o custo e o desempenho geral do sistema.
Para alguns, a aquisição de blocos de construção individuais de vários fornecedores pode parecer uma abordagem mais flexível ou econômica. Mas, com muita frequência, o custo real da integração fragmentada supera em muito qualquer economia no início.
Quando os componentes vêm de fornecedores diferentes, o ônus de fazê-los funcionar juntos recai diretamente sobre o usuário final. Isso gera riscos em todos os estágios: interfaces incompatíveis, compatibilidade de processos não comprovada, responsabilidade pouco clara e tempos prolongados de depuração do sistema. Cada lacuna de integração apresenta oportunidades de atrasos, horas de engenharia inesperadas e custos adicionais.
A maior dificuldade geralmente ocorre após o início da instalação. Com vários fornecedores envolvidos, o diagnóstico e a correção de problemas podem se transformar em um jogo de culpas, com cada fornecedor apontando o componente de outro como a causa. Enquanto isso, os cronogramas de produção caem, os recursos internos ficam presos e os custos aumentam. Quando um sistema fragmentado está totalmente operacional, os fabricantes geralmente percebem que gastaram muito mais - em tempo, dinheiro e frustração - do que se tivessem adquirido uma solução totalmente integrada desde o início.
Os integradores de sistemas buscam resolver esse problema. Mas a maioria tem uma limitação significativa. Embora sejam especialistas em robótica, controles e engenharia de sistemas, poucos têm profundo conhecimento interno em interação laser-material, otimização de processos a laser ou projeto de sistemas ópticos. Como resultado, trabalhar com um integrador geralmente envolve camadas de subcontratação e divisão da propriedade técnica. Se surgir um problema, a solução pode exigir semanas de idas e vindas entre o integrador e seus próprios fornecedores.
A abordagem de fonte única
Como o IPG resolve esses problemas? Não somos apenas mais um integrador ou fornecedor de componentes na lista?
A maioria das pessoas que está lendo este artigo já conhece a IPG Photonics como pioneira e líder de mercado em lasers de fibra industriais. Mas muitos talvez não saibam que a IPG cresceu e se tornou muito mais do que apenas um fabricante de lasers.
Atualmente, possuímos toda a experiência e os recursos necessários para oferecer uma verdadeira solução de fonte única para automação. É claro que fornecemos lasers, mas também integramos óptica, sistemas robóticos, plataformas de movimento, ferramentas, sistemas de controle, soluções de visão e até mesmo gabinetes de segurança - todos projetados para trabalharem juntos sem problemas. De estações de trabalho autônomas a linhas de fabricação completas e automatizadas para produção de alto volume, cada elemento do sistema é construído com base em nossa profunda experiência em interação laser/material e automação industrial. Não há divisão de responsabilidade, nem camadas de subcontratados, nem incertezas sobre o desempenho do sistema.
E nossos recursos vão muito além do hardware. Nós nos envolvemos desde o início do ciclo de vida do projeto, trabalhando com os clientes para desenvolver o processo a laser correto por meio do desenvolvimento de aplicativos, estudos de viabilidade e simulações virtuais. Em seguida, projetamos, construímos e validamos o sistema internamente para minimizar quaisquer surpresas durante a instalação. Uma vez implantado, fornecemos suporte, treinamento de operadores e serviço 24 horas por dia, 7 dias por semana. Os usuários dos sistemas de automação da IPG têm apenas um único ponto de contato do início ao fim - e além.
Eis o que descobrimos: nossos clientes obtêm um caminho mais rápido e suave para a produção com muito menos riscos. A IPG assume a responsabilidade pelo próprio sistema de automação, liberando os fabricantes para se concentrarem no aumento da produção, e não na solução de problemas.
Entender como tudo isso funciona, desde a interação laser-material até o projeto de ferramentas e até mesmo de peças otimizadas para o processamento a laser, pode ser assustador. Vamos dar uma olhada em alguns dos recursos que oferecemos para o desenvolvimento de sistemas de automação para entender melhor o cenário.
Desenvolvimento de aplicativos: A base para o sucesso
A diferença entre o IPG e outros integradores fica clara logo no início. Começamos estudando, testando e caracterizando o próprio processo a laser. Isso é fundamental porque, para obter resultados de produção confiáveis, é necessário um processo comprovado e bem otimizado, desenvolvido em condições reais.
Esse esforço é liderado por nossa equipe de Aplicações, que trabalha em laboratórios de aplicação globais. Os cientistas de laser e engenheiros de aplicação trabalham com os fabricantes para desenvolver processos totalmente validados e adaptados a cada aplicação. Seja para soldagem, limpeza, texturização, corte ou manufatura aditiva, o objetivo da nossa equipe é garantir que os resultados sejam otimizados muito antes do início da construção do sistema.
Essa colaboração no estágio inicial reduz drasticamente o risco de downstream, pois nos permite construir um sistema com base em um alicerce testado e otimizado. Isso é fundamental para garantir uma transição perfeita do protótipo para a produção.
Ferramentas avançadas para reduzir o risco da automação
Essa mesma mentalidade rigorosa e analítica é aplicada em seguida ao desenvolvimento do sistema de automação completo. Uma das ferramentas mais valiosas que usamos aqui é a virtualização.
Historicamente, os criadores de sistemas de automação têm se baseado em um ciclo de "engenharia simultânea" trabalhoso e caro. Isso envolve a criação de protótipos físicos e, em seguida, testá-los para validar o projeto ou revelar problemas inesperados. Esse processo é repetido até que o sistema seja comprovado de forma satisfatória e chegue à sua forma final. Embora eficaz, esse método tradicional acrescenta tempo, custo e risco significativos a cada lançamento.
Atualmente, o IPG utiliza ferramentas avançadas de manufatura virtual para encurtar e agilizar drasticamente o ciclo de engenharia simultânea. Ao simular, analisar e otimizar digitalmente os sistemas de automação, identificamos e eliminamos os riscos antes mesmo que eles cheguem ao estágio de protótipo. Duas das ferramentas mais valiosas que empregamos nesse esforço são a Análise de Simulação de Variação (VSA) e a Análise de Distorção de Solda (WDA).
Com o VSA, a IPG pode modelar e simular literalmente milhares de "construções digitais" de uma peça ou montagem. Praticamente todos os aspectos do processo são incluídos nessa simulação. Por exemplo, o VSA incorpora modelos tridimensionais das peças e montagens, bem como das ferramentas, dispositivos de fixação de trabalho e quaisquer outros componentes mecânicos auxiliares presentes no sistema. A análise de elementos finitos é empregada para modelar a resistência e a durabilidade de todas essas peças mecânicas. A simulação robótica é usada para modelar o movimento real de robôs físicos.
O VSA nos mostra como as variações naturais nas tolerâncias dos componentes afetam os principais recursos dos conjuntos fabricados. O software analisa o desempenho de ferramentas e dispositivos de fixação de trabalho para prever a variação estatística de características dimensionais críticas nas peças finais. Isso proporciona um meio poderoso de reduzir o tempo e o custo necessários para otimizar o produto e o ferramental.
A WDA vai além, simulando os efeitos dos processos de soldagem na geometria da peça. Ao modelar as propriedades do material, as zonas afetadas pelo calor, as sequências de solda e a fixação, a WDA prevê onde é provável que ocorra distorção. Em seguida, sugere alterações no fluxo do processo, nas ferramentas ou no projeto da peça para mitigar quaisquer problemas. Os resultados são soldas melhores - com distorção mínima, baixa tensão residual e resistência máxima - sem a necessidade de realizar vários ciclos de teste em peças reais.
A IPG fornece uma variedade de soluções de automação
Como é um sistema automatizado da IPG?
Cada desafio de fabricação é diferente. Alguns fabricantes desejam construir uma solução padronizada para colocar um novo processo a laser em funcionamento imediatamente. Outros exigem um sistema totalmente personalizado, projetado individualmente e construído desde o início para um ambiente de produção específico e de alto volume. O IPG oferece soluções em ambos os pontos finais, bem como em qualquer ponto do espectro intermediário. Trabalhamos com cada cliente para determinar o caminho certo com base em seus objetivos, cronogramas e orçamentos.
Algumas aplicações podem usar uma versão ampliada de um de nossos produtos pré-configurados, como a LaserCell 2000. Essas células de trabalho autônomas vêm totalmente integradas com lasers IPG, óptica, sistemas de movimento e gabinetes de segurança. Elas são ideais para operações que precisam de uma solução comprovada e eficiente sem o tempo e o custo de um projeto personalizado.
A construção a partir de um sistema padrão minimiza o esforço de engenharia e reduz significativamente o tempo de produção. Essas ferramentas podem ser prontamente personalizadas com uma variedade de opções de carregamento/descarregamento e manuseio de peças, robótica, sistemas de visão e muito mais. Isso permite que elas se integrem perfeitamente em uma linha de produção existente ou otimizem sua capacidade de executar uma tarefa específica.
Quando a aplicação exige algo mais exclusivo, projetamos e construímos sistemas automatizados personalizados. Esses sistemas podem incorporar uma ampla gama de elementos, como sistemas de visão, ferramentas especializadas, robótica avançada, manuseio de peças, CLPs e interfaces de comunicação, e variam de uma única estação de trabalho autônoma a sistemas de alto volume com várias estações.
Esses sistemas são adaptados especificamente aos requisitos de processo, material, taxa de produção e qualidade do cliente. Embora o desenvolvimento seja mais caro e demorado, uma solução personalizada pode proporcionar o máximo de desempenho e ROI.
Independentemente de você optar por construir um de nossos sistemas padrão ou de nos pedir para criar uma linha de produção automatizada totalmente personalizada, você se beneficiará da responsabilidade de um único ponto e de nossa capacidade comprovada de entregar dentro do prazo e do orçamento. Ao fazer parceria com a IPG, você também obtém acesso à nossa rede global de serviços e suporte, incluindo instalação especializada, treinamento prático e assistência técnica contínua para manter seu sistema funcionando com desempenho máximo.
Aplicativos: Soldagem e muito mais
Quais aplicações podem usar as soluções de laser automatizadas da IPG?
A soldagem ainda é a nossa aplicação mais comum, embora a gama e a variedade de tarefas de soldagem que atendemos tenham se expandido muito nos últimos anos. Por exemplo, no setor automotivo, a soldagem a laser tornou-se uma ferramenta essencial para apoiar iniciativas de redução de peso e o uso crescente de ligas de aço de alta resistência. Como resultado, os sistemas IPG são usados para soldar painéis, anéis de portas, subestruturas de carroceria em branco, engrenagens, estruturas de assentos e muito mais, proporcionando juntas fortes e precisas com o mínimo de distorção térmica.
A fabricação de mobilidade elétrica tornou-se outro segmento significativo da fabricação automotiva nos últimos anos. Essas tarefas frequentemente envolvem materiais diferentes, técnicas de montagem e níveis mais altos de precisão do que em outras áreas da produção automotiva. Como resultado, elas representam desafios para os sistemas de soldagem de produção, que devem oferecer simultaneamente qualidade de solda excepcional e alto rendimento. O desenvolvimento de ferramentas a laser automatizadas que atinjam esses objetivos é significativamente facilitado com o uso de nossas ferramentas de virtualização. Elas nos permitem reduzir o tempo de desenvolvimento e ainda oferecer resultados superiores.
Mas também oferecemos suporte a uma gama mais ampla de processos de fabricação que vão além da soldagem. Nossa profunda experiência em interação laser-material nos permite lidar com aplicações que vão desde a limpeza, texturização, corte e aquecimento/secagem até a manufatura aditiva.
Por exemplo, a automação a laser IPG permite uma limpeza eficiente da superfície que pode substituir a escovação mecânica ou os tratamentos químicos, a texturização da superfície para melhorar a adesão e a aparência e o corte de precisão de metais e compostos. Esses processos a laser sem contato melhoram a qualidade, reduzem a manutenção e aumentam o rendimento, ao mesmo tempo em que se integram perfeitamente aos ambientes de produção automatizados.
Seja para unir ligas leves, preparar superfícies para colagem ou cortar formas complexas, as soluções de automação da IPG trazem os benefícios do processamento a laser para novas aplicações, ajudando os fabricantes a otimizar suas operações e melhorar o desempenho do produto.
Automação mais inteligente para um mundo mais complexo
Os processos de fabricação atuais são mais complexos e desafiadores do que nunca. Os materiais estão mudando. As geometrias das peças estão se tornando mais complexas. Os volumes de produção estão aumentando enquanto as janelas de tolerância diminuem.
Nesse ambiente, seguir os caminhos tradicionais para a automação - seja construindo você mesmo um sistema ou confiando em integradores de uso geral - pode não oferecer a velocidade, a precisão ou a confiabilidade de que os fabricantes precisam para se manterem competitivos.
Os modernos métodos de produção baseados em laser exigem uma abordagem mais inteligente. Uma abordagem baseada em profundo conhecimento do processo, ampla experiência em automação e recursos abrangentes de engenharia de sistemas. Nosso objetivo é oferecer aos nossos clientes essas competências essenciais para capacitá-los e continuar a avançar o estado da fabricação.
Introdução à automação a laser
Interessado em saber como uma solução automatizada de laser IPG pode beneficiar sua operação?
Começar é fácil - envie-nos algumas peças de amostra, visite um de nossos laboratórios de aplicação global ou simplesmente conte-nos sobre sua aplicação.
