La decisión de automatizar un proceso es importante para muchos fabricantes, grandes y pequeños. Pero esta elección va mucho más allá de las capacidades técnicas y el coste de capital inicial. Se trata más bien de un compromiso estratégico que determina la forma de fabricar los productos, la flexibilidad de la línea de producción y la forma de competir en el mercado.
Cuando se elige una vía de automatización, se adquiere, hasta cierto punto, todo un conjunto de capacidades, limitaciones y opciones de futuro. La decisión correcta puede mejorar la calidad, aumentar el rendimiento y posicionar su empresa para el crecimiento.
Una elección equivocada puede encerrarle en un sistema difícil o caro de actualizar cuando cambien sus necesidades. Otra posibilidad es que haya gastado más de la cuenta en funciones que nunca utilizará.
En lo que respecta a los sistemas láser, los productos disponibles en el mercado suelen dividirse en dos grandes categorías: sistemas preconfigurados y sistemas personalizados. Aunque en realidad se trata de dos extremos del espectro, esta distinción es útil para esbozar los criterios clave para la toma de decisiones.
Este artículo pretende ayudarle a tomar la decisión correcta para su empresa.
¿Qué es un sistema láser preconfigurado?
Los sistemas láser preconfigurados suelen tener un precio de entrada más bajo y están diseñados para realizar una serie de tareas definidas y limitadas. Estos sistemas están dirigidos a fabricantes que desean automatizar procesos láser habituales, como soldadura, limpieza o corte, sin tener que invertir tiempo y dinero en ingeniería personalizada.
Los sistemas preconfigurados resultan especialmente atractivos para fabricantes pequeños y medianos, o para grandes empresas que desean aumentar rápidamente la capacidad de procesos estándar y repetibles. El atractivo reside en su sencillez. Están diseñados para ser fiables, fáciles de instalar y rápidos de implantar.
Los sistemas preconfigurados suelen ser unidades autónomas alojadas en una caja de seguridad láser de Clase 1, con puertas de acceso, enclavamientos o cortinas de luz para garantizar la seguridad del operario. Suelen estar diseñados para funcionar como células o estaciones de trabajo independientes, en lugar de como componentes de una línea de producción totalmente automatizada.
En función de la aplicación y el tamaño de la pieza, un sistema preconfigurado puede utilizar un movimiento de pórtico (cartesiano) o un brazo robótico. Los sistemas de pórtico suelen construirse sobre una plataforma de trabajo de acero o granito, que proporciona una base estable para operaciones precisas. Los sistemas robóticos suelen incorporar un robot industrial de 6 ejes.
No es raro que los proveedores ofrezcan sus sistemas preconfigurados con opciones. Estos pueden incluir varias fuentes láser, ópticas de entrega del haz e incluso sistemas de visión o de supervisión del proceso.
También suelen estar disponibles diversas interfaces de sujeción y montaje de piezas, como bandejas o soportes giratorios, especialmente para sistemas de marcado. A veces se dispone de interfaces para carga o descarga semiautomatizada, como cintas transportadoras o plataformas giratorias.
Una característica clave de los sistemas láser preconfigurados es su sencillez y facilidad de uso. La interfaz hombre-máquina (HMI) suele ofrecer un entorno de control limpio y basado en menús, con acceso limitado a programas preestablecidos o parámetros de recetas. Esto permite su uso por parte del personal de taller con una formación especializada mínima. Para el ingeniero de procesos, la creación de nuevas tareas es igualmente simplificada y accesible para aquellos con conocimientos limitados de programación.
¿Qué es un sistema láser personalizado?
Un sistema láser personalizado se diseña desde cero para satisfacer un conjunto específico de requisitos de producción que quedan fuera de las capacidades de los sistemas preconfigurados. Cada sistema personalizado es, por definición, esencialmente único.
Sin embargo, los sistemas láser personalizados suelen constar de varios componentes comunes, e incluso estandarizados. Estos pueden incluir:
- Manipulación automatizada de materiales
- Fijación de piezas y utillaje
- Movimiento y posicionamiento de piezas
- Fuente láser y emisión del haz
- Visión, detección y control de procesos
- Controlador y software asociado
- Módulo de comunicaciones (para interactuar con el MES, el PLC u otros sistemas de control de automatización de la fábrica)
- Seguridad y cerramiento
Estos elementos pueden combinarse prácticamente de cualquier manera, y es posible alcanzar altos niveles de complejidad y sofisticación. Los sistemas de movimiento pueden incluir varios brazos robóticos, pórticos, etapas lineales o mesas giratorias. A veces funcionan de forma independiente para procesar piezas en paralelo. A veces se coordinan para lograr el alcance, la precisión y la velocidad necesarios.
En cuanto a la experiencia del usuario (UX), los sistemas personalizados suelen contar con HMI a medida que ofrecen capacidades de control y supervisión más profundas. Los operarios y los ingenieros de procesos pueden tener acceso a herramientas de diagnóstico avanzadas, parámetros de proceso personalizables e interfaces compatibles con la gestión de recetas o la producción de altas mezclas. Por lo general, para manejar estas herramientas se requiere un buen grado de conocimientos de programación y automatización.
Aunque los sistemas láser personalizados pueden ser células de trabajo independientes, a menudo se diseñan para su integración en sistemas de automatización y líneas de producción de toda la instalación. Pueden proporcionar conectividad a redes PLC, plataformas MES y sistemas SCADA mediante protocolos industriales estándar como EtherNet/IP, Profinet u OPC UA.
Elegir entre un sistema láser preconfigurado y uno personalizado
Elegir el enfoque adecuado para la automatización láser implica considerar y equilibrar muchos factores. Algunos son obvios, como los costes operativos y de capital y el espacio disponible. Otros son menos obvios, como la calidad de la asistencia del proveedor y la capacidad de actualización.
Con tantas variables, la toma de decisiones puede resultar abrumadora. Para agilizar este proceso, es útil identificar y centrarse en las cuestiones fundamentales que tienen más probabilidades de determinar el éxito o el fracaso. En términos de funcionalidad del sistema, hemos descubierto que estos siete factores suelen ser los más críticos.
Aplicación
Esta es la base y el punto de partida del proceso de toma de decisiones. En primer lugar, es necesario definir su proceso y, a continuación, determinar si un láser puede ofrecer los mejores resultados.
Para hacer esta evaluación, debe comprender qué aporta el láser -ya sea velocidad, precisión, menor aporte de calor o menores costes de funcionamiento- y decidir cómo se medirá el éxito. Si no hay una definición clara de la tarea y de lo que constituye el éxito, hay pocas posibilidades de conseguirlo.
Aquí es donde los servicios de desarrollo de aplicaciones de los socios de automatización láser pueden resultar útiles. Lo ideal es que dispongan del equipo y la experiencia necesarios para identificar, probar y optimizar su proceso láser.
Tamaño de la pieza
Puede parecer una consideración mundana, pero desempeña un papel fundamental. Los sistemas láser están limitados por su área de trabajo.
Los sistemas preconfigurados se diseñan en función de las dimensiones típicas de las piezas para sectores específicos: componentes pequeños y precisos en dispositivos médicos o ensamblajes de tamaño medio para uso industrial general, por ejemplo. Cuando las piezas se salen de estas normas, ya sean más grandes o de formas inusuales, a menudo se hace necesario un sistema personalizado o muy modificado.
Requisitos de rendimiento
La capacidad de rendimiento es un área en la que suelen diferenciarse las soluciones preconfiguradas de las personalizadas. Dado que la productividad es uno de los principales objetivos de la automatización, este suele ser el factor decisivo.
Los sistemas preconfigurados suelen diseñarse como células de trabajo o estaciones de trabajo de una sola estación. Como resultado, suelen ser los más adecuados para necesidades de producción bajas o medias. La carga y descarga de piezas, especialmente si se realiza manualmente, suele ser el factor que limita la velocidad de un sistema preconfigurado.
Por ejemplo, tecnologías como la soldadura sobre la marcha pueden alcanzar velocidades de soldadura de más de 1.000 soldaduras por minuto. Esto puede aumentar el rendimiento en una estación de trabajo independiente como el EV-Cube, pero el transporte y la integración en una línea de producción pueden mejorar aún más el rendimiento.
En cambio, la velocidad que puede alcanzar un sistema láser personalizado sólo suele estar limitada por la inversión en costes, las restricciones de espacio o los cuellos de botella no relacionados con el láser. Los sistemas personalizados pueden incorporar múltiples fuentes láser u ópticas, varios tipos de movimiento del sistema o procesos no láser que se ejecutan en paralelo para lograr un rendimiento muy elevado.
En función de sus necesidades, puede resultar más rentable instalar varios sistemas estándar que invertir en una línea más grande hecha a medida.
Algunos sistemas preconfigurados admiten opciones de carga automática de piezas o la posibilidad de integrarse con cintas transportadoras. Esto puede aumentar el rendimiento al minimizar el tiempo de inactividad del sistema mientras se cargan o descargan las piezas.
Herramientas
Al profundizar en la carga de piezas, también merece la pena examinar cómo se fija la pieza y se presenta al láser. Los sistemas estándar suelen tener una gama limitada de opciones de sujeción de piezas. Entre ellas se incluyen abrazaderas fijas, pasadores de fijación, mandriles manuales o neumáticos (para piezas redondas) y bloques en V. Esto puede limitar la capacidad del sistema para ejecutar soldaduras complejas. Esto puede limitar la capacidad del sistema para ejecutar trayectorias de soldadura complejas o trabajar con piezas tridimensionales que requieren procesamiento desde varios ángulos.
Si las piezas requieren un posicionamiento complejo, una fijación dinámica o la interacción con sistemas externos, el utillaje debe diseñarse en consecuencia. Por supuesto, esto puede conseguirse con un sistema robótico a medida. Pero también es donde pueden ampliarse las capacidades de una herramienta preconfigurada, suponiendo que el fabricante tenga la capacidad y la voluntad de hacerlo.
Tolerancias y calidad
Aunque el utillaje desempeña un papel importante a la hora de determinar la precisión y la repetibilidad del proceso, puede complementarse con diversos sensores y, en especial, con sistemas de visión. Estos pueden ayudar al sistema a adaptarse mejor a las variaciones entre piezas o a compensar las limitaciones en la consistencia posicional del utillaje.
Algunos sistemas preconfigurados pueden incluir sistemas de visión y supervisión de procesos como opciones estándar. Por ejemplo, las configuraciones de soldadura de la plataforma LaserCell de IPG están disponibles con sistemas de medición de soldadura láser en tiempo real LDD para la supervisión de la soldadura en línea.
Sin embargo, es posible que la combinación de la complejidad de la pieza y los requisitos de tolerancia puedan crear requisitos que superen lo que un sistema preconfigurado puede acomodar. Esto empuja la solución hacia un diseño personalizado o semipersonalizado.
Potencia láser
Los sistemas láser estándar se construyen para adaptarse a determinados rangos de potencia láser. Esto suele venir dictado por la óptica de la herramienta, los sistemas de seguridad, las necesidades de refrigeración e incluso los requisitos de potencia.
Sin embargo, los requisitos de mayor velocidad de proceso o materiales más gruesos pueden requerir un láser de mayor potencia.
Algunas de estas limitaciones no son fáciles de actualizar o ampliar. Por lo tanto, si una aplicación requiere una potencia láser superior a la que puede ofrecer un sistema estándar, esto puede obligar a tomar la decisión de crear una solución láser personalizada.
Interacción con el operador
Además de la funcionalidad del sistema, otra consideración importante es su facilidad de programación y manejo. Este es otro aspecto en el que los sistemas preconfigurados y los personalizados tienden a divergir significativamente.
Los sistemas preconfigurados están pensados para una interacción predecible y sencilla, y suelen admitir una selección limitada de operaciones. La programación de nuevas tareas suele simplificarse y a veces incluso se reduce a la función de arrastrar y soltar, como en un sistema cobot de soldadura láser.
Todo esto relaja los requisitos de formación tanto para los operarios como para los ingenieros de procesos. También significa que, por lo general, los sistemas pueden ponerse en marcha en la producción casi inmediatamente después de su instalación.
Los sistemas láser robóticos personalizados pueden incluir una interfaz de usuario simplificada para los operarios. Pero debajo suele haber un entorno de software mucho más sofisticado.
La ventaja de esta sofisticación es que sus capacidades son prácticamente ilimitadas. Esto incluye a menudo la capacidad de integrarse con otros sistemas de automatización de fábricas.
Pero esto también significa que suelen ser más complejos y difíciles de programar, por lo que requieren más conocimientos técnicos. No es raro que se tarde más tiempo en poner en marcha un nuevo sistema o proceso, sobre todo cuando implica una amplia interacción con sistemas externos.
Otras consideraciones
Como se ha mencionado anteriormente, la compra de un sistema láser no es realmente una elección binaria. Con algunos proveedores, es posible empezar con un sistema preconfigurado y modificarlo con opciones hasta que se convierta básicamente en un sistema personalizado. Con otros, los sistemas preconfigurados son rígidos y están optimizados para una estrecha gama de tareas.
Los sistemas láser robotizados preconfigurados suelen costar menos que las herramientas totalmente personalizadas y, por lo general, el fabricante puede entregarlos más rápidamente. Además, es probable que la instalación de un sistema preconfigurado implique una menor curva de aprendizaje, puesto que el fabricante ya cuenta con una amplia experiencia en su uso en diversos entornos de producción.
Modificar un sistema estándar para ampliar su funcionalidad también suele suponer un menor incremento de costes que obtener esa misma capacidad mediante un sistema totalmente personalizado. Pero esto no es universalmente cierto. Los sistemas preconfigurados tienen limitaciones que pueden hacer que realizar modificaciones extensas resulte más costoso que empezar desde cero.
También hay problemas logísticos y financieros. Modificar un sistema preconfigurado que ya se utiliza en producción hace que la herramienta quede fuera de servicio. Ese tiempo de inactividad tiene un impacto. Pero los costes de la modificación pueden salir de los gastos de explotación, mientras que la compra de un nuevo sistema es siempre un gasto de capital.
Por último, recuerde que es posible que un proveedor concreto sólo ofrezca una gama limitada de productos. Esto puede incentivarles a orientarle hacia una solución de sus productos o capacidades existentes. Por desgracia, es posible que ese producto no sea el más adecuado para su aplicación.
Introducción a la automatización láser
Gracias a nuestra exclusiva integración vertical, IPG ofrece desde componentes y tecnologías láser hasta sistemas preconfigurados, plataformas modulares y líneas de producción personalizadas. Como socio para todo lo relacionado con la automatización láser, no le empujamos hacia un producto o enfoque concreto.
Empezar es fácil: envíenos algunas piezas de muestra, visite uno de nuestros laboratorios de aplicaciones globales o simplemente háblenos de su aplicación.
