Tanto si lanzan un nuevo producto como si amplían la producción de uno ya existente, los fabricantes se ven sometidos a una intensa presión para automatizar más rápido, de forma más fiable y con menos riesgos. El tiempo de comercialización se convierte en una métrica clave que afecta directamente a la rentabilidad, la competitividad y la satisfacción del cliente. Cada retraso supone una pérdida de ingresos, de oportunidades y un aumento de los costes.
Tanto para los integradores como para los fabricantes, la creación de un sistema de producción automatizado suele implicar la adquisición de diversos componentes -como láseres, robótica, controladores y herramientas- a varios proveedores. Este método fragmentado introduce complejidad, retrasos y riesgos. Cuando surgen problemas, las acusaciones entre proveedores pueden provocar cuellos de botella críticos, alargando los plazos de lanzamiento y disparando los costes.
Ofrecer a las industrias un mejor camino para la automatización láser ha sido uno de nuestros objetivos en IPG Photonics. Como proveedor de sistemas de automatización completos, IPG colabora con los fabricantes y trabaja con sus equipos de producción para diseñar, construir, instalar y mantener una solución de producción totalmente integrada. Hemos comprobado que, con un único proveedor responsable de cada parte de la solución, los fabricantes pueden empezar a trabajar más rápidamente, eliminar sorpresas y confiar en un único recurso de asistencia.
En este artículo, hablaremos de las ventajas de trabajar con un proveedor de soluciones integrales de automatización láser, en particular de cómo el socio adecuado puede ayudarle a minimizar los riesgos y sentar unas bases más sólidas para el éxito a largo plazo.
La ruta tradicional hacia la automatización
Los fabricantes suelen recurrir a una de estas dos estrategias para implantar un sistema de automatización personalizado: lo construyen ellos mismos o contratan a un integrador de sistemas. Aunque ambos enfoques pueden funcionar, a menudo conllevan riesgos ocultos -especialmente en los procesos basados en láser- que afectan al plazo de comercialización, el coste y el rendimiento general del sistema.
Para algunos, adquirir componentes individuales de varios proveedores puede parecer un enfoque más flexible o rentable. Pero, con demasiada frecuencia, el coste real de la integración fragmentaria supera con creces cualquier ahorro inicial.
Cuando los componentes proceden de distintos proveedores, la carga de hacer que funcionen juntos recae directamente en el usuario final. Esto crea riesgos en todas las fases: interfaces que no coinciden, compatibilidad de procesos no probada, responsabilidad poco clara y tiempos de depuración del sistema prolongados. Cada laguna en la integración genera retrasos, horas de ingeniería imprevistas y costes añadidos.
Las mayores dificultades suelen surgir una vez iniciada la instalación. Con múltiples proveedores implicados, diagnosticar y solucionar problemas puede convertirse en un juego de culpas, en el que cada proveedor señala al componente de otro como la causa. Mientras tanto, los plazos de producción se retrasan, los recursos internos se agotan y los costes aumentan. Cuando un sistema fragmentado está plenamente operativo, los fabricantes suelen darse cuenta de que han gastado mucho más -en tiempo, dinero y frustración- de lo que habrían gastado si hubieran contratado una solución totalmente integrada desde el principio.
Los integradores de sistemas pretenden resolver este problema. Pero la mayoría tiene una limitación importante. Aunque son expertos en robótica, controles e ingeniería de sistemas, pocos tienen una gran experiencia interna en interacción láser-material, optimización de procesos láser o diseño de sistemas ópticos. Por eso, trabajar con un integrador suele implicar subcontratar y dividir la propiedad técnica. Si surge un problema, resolverlo puede requerir semanas de idas y venidas entre el integrador y sus propios proveedores.
Enfoque de fuente única
¿Cómo resuelve IPG estos problemas? ¿No somos un integrador o proveedor de componentes más de la lista?
La mayoría de las personas que leen esto ya están familiarizadas con IPG Photonics como pionero y líder del mercado de láseres de fibra industriales. Pero puede que muchos no sepan que IPG ha crecido hasta convertirse en mucho más que un simple fabricante de láseres.
En la actualidad, contamos con toda la experiencia y los recursos necesarios para ofrecer una verdadera solución integral de automatización. Por supuesto, suministramos láseres, pero también integramos óptica, sistemas robóticos, plataformas de movimiento, utillaje, sistemas de control, soluciones de visión e incluso armarios de seguridad, todo ello diseñado para funcionar a la perfección. Desde estaciones de trabajo independientes hasta líneas de fabricación completas y automatizadas para grandes volúmenes de producción, cada elemento del sistema se basa en nuestra profunda experiencia en la interacción entre láser y material y en la automatización industrial. No hay responsabilidades divididas, ni capas de subcontratistas, ni incertidumbre sobre el rendimiento del sistema.
Y nuestras capacidades van mucho más allá del hardware. Nos implicamos desde el principio en el ciclo de vida del proyecto, trabajando con los clientes para desarrollar el proceso láser adecuado mediante el desarrollo de aplicaciones, estudios de viabilidad y simulaciones virtuales. A continuación, diseñamos, construimos y validamos el sistema internamente para minimizar las sorpresas durante la instalación. Una vez instalado, ofrecemos asistencia, formación de operadores y servicio 24 horas al día, 7 días a la semana. Los usuarios de los sistemas de automatización IPG sólo tienen un único punto de contacto de principio a fin, y más allá.
Esto es lo que hemos descubierto: nuestros clientes consiguen un camino más rápido y fluido hacia la producción con mucho menos riesgo. IPG asume la responsabilidad del propio sistema de automatización, lo que permite a los fabricantes centrarse en aumentar la producción, no en solucionar problemas.
Entender cómo funciona todo, desde la interacción láser-material hasta el diseño de herramientas e incluso piezas optimizadas para el procesamiento láser, puede ser desalentador. Veamos algunos de los recursos que ofrecemos para el desarrollo de sistemas de automatización con el fin de comprender mejor la situación.
Desarrollo de aplicaciones: La base del éxito
La diferencia entre IPG y otros integradores queda clara desde el principio. Comenzamos estudiando, probando y caracterizando el propio proceso láser. Esto es fundamental porque para lograr resultados de producción fiables se requiere un proceso probado y bien optimizado, desarrollado en condiciones reales.
Este esfuerzo está dirigido por nuestro equipo de Aplicaciones, que trabaja en laboratorios de aplicaciones globales. Los científicos especializados en láser y los ingenieros de aplicaciones trabajan con los fabricantes para desarrollar procesos totalmente validados y adaptados a cada aplicación. Ya se trate de soldadura, limpieza, texturizado, corte o fabricación aditiva, el objetivo de nuestro equipo es garantizar la optimización de los resultados mucho antes de que comience la construcción del sistema.
Esta colaboración en la fase más temprana reduce drásticamente los riesgos posteriores porque nos permite construir un sistema basado en unos cimientos probados y optimizados. Esto es fundamental para garantizar una transición fluida del prototipo a la producción.
Herramientas avanzadas para reducir el riesgo de automatización
Esta misma mentalidad rigurosa y analítica se aplica a continuación al desarrollo del sistema de automatización completo. Una de las herramientas más valiosas que utilizamos aquí es la virtualización.
Históricamente, los constructores de sistemas de automatización han recurrido a un laborioso y costoso ciclo de "ingeniería concurrente". Consiste en construir prototipos físicos y probarlos para validar el diseño o detectar problemas inesperados. Este proceso se repite hasta que el sistema se prueba satisfactoriamente y alcanza su forma final. Aunque eficaz, este método tradicional añade mucho tiempo, costes y riesgos a cada lanzamiento.
En la actualidad, IPG aprovecha las avanzadas herramientas de fabricación virtual para acortar y agilizar drásticamente el ciclo de ingeniería concurrente. Mediante la simulación, el análisis y la optimización digital de los sistemas de automatización, identificamos y eliminamos los riesgos incluso antes de que lleguen a la fase de prototipo. Dos de las herramientas más valiosas que empleamos en este esfuerzo son el Análisis de Simulación de Variaciones (VSA) y el Análisis de Distorsión de Soldadura (WDA).
Con VSA, IPG puede modelar y simular literalmente miles de "construcciones digitales" de una pieza o conjunto. En esta simulación se incluyen prácticamente todos los aspectos del proceso. Por ejemplo, VSA incorpora modelos tridimensionales de las piezas y los conjuntos, así como de las herramientas, los dispositivos de sujeción del trabajo y cualquier otro componente mecánico auxiliar presente en el sistema. El análisis de elementos finitos se emplea para modelar la resistencia y durabilidad de todas estas piezas mecánicas. La simulación robótica se utiliza para modelar el movimiento real de los robots físicos.
VSA nos muestra cómo las variaciones naturales en las tolerancias de los componentes afectan a las características clave de los conjuntos fabricados. El software analiza el rendimiento del utillaje y los dispositivos de sujeción del trabajo para predecir la variación estadística de las características dimensionales críticas en las piezas finales. Esto proporciona un potente medio para reducir el tiempo y el coste necesarios para optimizar el producto y el utillaje.
WDA va un paso más allá y simula los efectos de los procesos de soldadura en la geometría de la pieza. Mediante el modelado de las propiedades del material, las zonas afectadas por el calor, las secuencias de soldadura y la fijación, WDA predice dónde es probable que se produzca la distorsión. A continuación, sugiere cambios en el flujo del proceso, el utillaje o el diseño de la pieza para mitigar cualquier problema. Los resultados son mejores soldaduras, con una distorsión mínima, baja tensión residual y máxima resistencia, sin tener que realizar numerosos ciclos de pruebas en piezas reales.
IPG ofrece una gama de soluciones de automatización
¿Cómo es un sistema automatizado de IPG?
Cada reto de fabricación es diferente. Algunos fabricantes desean partir de una solución estandarizada para poner en marcha de inmediato un nuevo proceso láser. Otros, en cambio, necesitan un sistema totalmente personalizado y diseñado a medida para un entorno de producción específico de gran volumen. IPG ofrece soluciones para estos dos extremos, así como para cualquier punto intermedio. Trabajamos con cada cliente para determinar el camino correcto en función de sus objetivos, plazos y presupuestos.
Algunas aplicaciones pueden utilizar una versión aumentada de uno de nuestros productos preconfigurados, como nuestra LaserCell 2000. Estas células de trabajo autónomas vienen totalmente integradas con láseres IPG, ópticas, sistemas de movimiento y armarios de seguridad. Son ideales para operaciones que necesitan una solución probada y eficaz sin el tiempo y el coste de un diseño personalizado.
Construir a partir de un sistema estándar minimiza el esfuerzo de ingeniería y acorta significativamente el tiempo de producción. Estas herramientas pueden personalizarse fácilmente con diversas opciones de carga/descarga y manipulación de piezas, robótica, sistemas de visión y mucho más. Esto les permite integrarse perfectamente en una línea de producción existente u optimizar su capacidad para realizar una tarea específica.
Cuando la aplicación exige algo más exclusivo, diseñamos y construimos sistemas automatizados a medida. Estos pueden incorporar una amplia gama de elementos, como sistemas de visión, herramientas especializadas, robótica avanzada, manipulación de piezas, PLC e interfaces de comunicaciones, y abarcan desde una única estación de trabajo independiente hasta sistemas de gran volumen con varias estaciones.
Estos sistemas se adaptan específicamente al proceso, el material, el ritmo de producción y los requisitos de calidad del cliente. Aunque su desarrollo es más costoso y requiere más tiempo, una solución personalizada puede ofrecer el máximo rendimiento y retorno de la inversión.
Tanto si decide basarse en uno de nuestros sistemas estándar como si nos encarga la creación de una línea de producción automatizada totalmente personalizada, se beneficiará de una responsabilidad única y de nuestra capacidad demostrada para cumplir los plazos y el presupuesto. Cuando se asocia con IPG, también obtiene acceso a nuestra red global de servicio y asistencia, que incluye instalación por parte de expertos, formación práctica y asistencia técnica continua para mantener su sistema funcionando al máximo rendimiento.
Aplicaciones: Soldadura y más allá
¿Qué aplicaciones pueden utilizar las soluciones láser automatizadas de IPG?
La soldadura sigue siendo nuestra aplicación más común, aunque la gama y variedad de tareas de soldadura a las que damos servicio se ha ampliado enormemente en los últimos años. Por ejemplo, en el sector de la automoción, la soldadura láser se ha convertido en una herramienta fundamental para apoyar las iniciativas de aligeramiento y el uso cada vez mayor de aleaciones de acero de alta resistencia. Como resultado, los sistemas IPG se utilizan para soldar paneles, anillos de puertas, subestructuras de carrocerías, engranajes, bastidores de asientos, etc., proporcionando uniones fuertes y precisas con una distorsión térmica mínima.
La fabricación de vehículos eléctricos se ha convertido en los últimos años en otro segmento importante de la fabricación de automóviles. Estas tareas suelen implicar materiales diferentes, técnicas de ensamblaje y niveles de precisión superiores a los de otras áreas de la producción de automóviles. Como resultado, plantean retos a los sistemas de soldadura de producción para que ofrezcan simultáneamente una calidad de soldadura excepcional y un alto rendimiento. El desarrollo de herramientas láser automatizadas que alcancen estos objetivos se facilita considerablemente utilizando nuestras herramientas de virtualización. Éstas nos permiten reducir el tiempo de desarrollo y seguir ofreciendo resultados superiores.
Pero también damos soporte a una gama más amplia de procesos de fabricación que van más allá de la soldadura. Nuestra gran experiencia en la interacción entre láser y material nos permite abordar aplicaciones que van desde la limpieza, el texturizado, el corte y el calentamiento/secado hasta la fabricación aditiva.
Por ejemplo, la automatización láser IPG permite una limpieza eficaz de superficies que puede sustituir al cepillado mecánico o a los tratamientos químicos, el texturizado de superficies para mejorar la adherencia y el aspecto, y el corte de precisión de metales y materiales compuestos. Estos procesos láser sin contacto mejoran la calidad, reducen el mantenimiento y aumentan el rendimiento, a la vez que se integran sin problemas en entornos de producción automatizados.
Ya se trate de unir aleaciones ligeras, preparar superficies para el pegado o cortar formas complejas, las soluciones de automatización de IPG aportan las ventajas del procesamiento láser a nuevas aplicaciones, ayudando a los fabricantes a agilizar sus operaciones y mejorar el rendimiento de sus productos.
Automatización más inteligente para un mundo más complejo
Los procesos de fabricación actuales son más complejos y exigentes que nunca. Los materiales cambian. Las geometrías de las piezas son cada vez más complejas. Los volúmenes de producción aumentan y los márgenes de tolerancia se reducen.
En este entorno, seguir los caminos tradicionales hacia la automatización -ya sea construir un sistema uno mismo o confiar en integradores de propósito general- puede no ofrecer la velocidad, precisión o fiabilidad que los fabricantes necesitan para seguir siendo competitivos.
Los modernos métodos de producción basados en láser exigen un enfoque más inteligente. Un enfoque basado en un profundo conocimiento de los procesos, una amplia experiencia en automatización y una completa capacidad de ingeniería de sistemas. Nuestro objetivo es ofrecer a nuestros clientes estas competencias básicas para capacitarles y seguir avanzando en el estado de la fabricación.
Introducción a la automatización láser
¿Le interesa saber cómo puede beneficiar a su empresa una solución láser IPG automatizada?
Empezar es fácil: envíenos algunas piezas de muestra, visite uno de nuestros laboratorios de aplicaciones globales o simplemente háblenos de su aplicación.
