La decisión de automatizar un proceso es muy importante para muchos fabricantes, tanto pequeños como grandes. Pero esta elección va mucho más allá de las capacidades técnicas y el coste inicial de capital. Se trata más bien de un compromiso estratégico que determina cómo se fabrican los productos, cuán flexible será la línea de producción y cómo se competirá en el mercado.
Una vez que elige una ruta de automatización, está, en cierta medida, adquiriendo un conjunto completo de capacidades, limitaciones y opciones futuras. La decisión correcta puede mejorar la calidad, aumentar el rendimiento y posicionar su negocio para el crecimiento.
Una elección equivocada puede dejarte atrapado en un sistema que resulta difícil o caro de actualizar cuando cambian tus necesidades. Por otro lado, es posible que te hayas gastado demasiado dinero en funciones que nunca vas a utilizar.
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 resulta útil para definir los criterios clave en la toma de decisiones.
Este artículo tiene como objetivo ayudarle a tomar la decisión adecuada para su negocio.
¿Qué es un sistema láser preconfigurado?
Un sistema láser preconfigurado suele tener un precio de entrada más bajo y está diseñado para realizar una gama definida y limitada de tareas. Estos sistemas están dirigidos a fabricantes que desean automatizar procesos láser comunes, como soldadura, limpieza o corte, sin incurrir en el tiempo y el coste que supone la ingeniería personalizada.
Los sistemas preconfigurados resultan especialmente atractivos para los fabricantes pequeños y medianos, o para las grandes empresas que desean aumentar rápidamente su capacidad para procesos estándar y repetitivos. Su atractivo reside en su simplicidad. Están diseñados para ser fiables, fáciles de instalar y rápidos de implementar.
Los sistemas preconfigurados suelen ser unidades autónomas alojadas en una carcasa con seguridad láser de clase 1, equipadas con puertas de acceso, enclavamientos o cortinas de luz para garantizar la seguridad del operador. Por lo general, están diseñados para funcionar como células de trabajo o estaciones de trabajo independientes, en lugar de como componentes de una línea de producción totalmente automatizada.
Dependiendo de la aplicación objetivo 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, lo 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. Estas pueden incluir diversas fuentes láser, ópticas de transmisión del haz e incluso sistemas de visión o supervisión de procesos.
También suelen estar disponibles diversas interfaces de sujeción y montaje de piezas, como bandejas o soportes giratorios, especialmente para sistemas de marcado. En ocasiones, se dispone de interfaces para la carga o descarga semiautomática, como cintas transportadoras o plataformas giratorias.
Una característica clave de los sistemas láser preconfigurados es su simplicidad y facilidad de uso. La interfaz hombre-máquina (HMI) suele proporcionar 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 planta con una formación especializada mínima. Para el ingeniero de procesos, la creación de nuevas tareas se simplifica de forma similar y resulta accesible para aquellos con conocimientos de programación limitados.
¿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 estar compuestos por varios componentes comunes, e incluso estandarizados. Entre ellos se pueden incluir:
- Manipulación automatizada de materiales
- Fijación de piezas y herramientas
- Movimiento y posicionamiento de piezas
- Fuente láser y emisión del haz
- Visión, detección y supervisión de procesos
- Controlador y software asociado
- Módulo de comunicaciones (para interactuar con el MES, PLC u otros sistemas de control de automatización industrial)
- Seguridad y cerramiento
Estos elementos se pueden combinar prácticamente de cualquier manera, lo que permite alcanzar altos niveles de complejidad y sofisticación. Los sistemas de movimiento pueden incluir múltiples brazos robóticos, pórticos, etapas lineales o mesas giratorias. A veces, estos funcionan de forma independiente para procesar piezas en paralelo. Otras veces, se coordinan para alcanzar el alcance, la precisión y la velocidad necesarios.
En términos de experiencia de usuario (UX), los sistemas personalizados suelen contar con interfaces hombre-máquina (HMI) a medida que proporcionan capacidades de control y supervisión más profundas. Los operadores y los ingenieros de procesos pueden tener acceso a herramientas de diagnóstico avanzadas, parámetros de proceso personalizables e interfaces que admiten la gestión de recetas o la producción de alta mezcla. Por lo general, se requiere un buen nivel de conocimientos de programación y automatización para utilizar estas herramientas.
Aunque los sistemas láser personalizados pueden ser células de trabajo independientes, a menudo se diseñan para integrarse en sistemas de automatización y líneas de producción de toda la instalación. Pueden proporcionar conectividad a redes PLC, plataformas MES y sistemas SCADA utilizando protocolos industriales estándar como EtherNet/IP, Profinet u OPC UA.
Elegir entre un sistema láser preconfigurado y uno personalizado
Para elegir el enfoque adecuado para la automatización láser, hay que tener en cuenta y sopesar muchos factores. Algunos son obvios, como los costes de capital y operativos y el espacio disponible. Otros son menos evidentes, como la calidad del soporte técnico 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 aquellas cuestiones fundamentales que más probablemente determinarán el éxito o el fracaso. En términos de funcionalidad del sistema, hemos descubierto que estos siete factores suelen ser los más críticos.
Aplicación adecuada
Esta es la base y el punto de partida del proceso de toma de decisiones. Primero es necesario definir su proceso y luego determinar si un láser puede ofrecer los mejores resultados.
Para realizar esta evaluación, debe comprender qué aporta el láser (ya sea velocidad, precisión, menor aporte de calor o menores costes operativos) y decidir cómo se medirá el éxito. Si no hay una definición clara de cuál es la tarea y qué constituye el éxito, entonces hay pocas posibilidades de lograrlo.
Aquí es donde pueden resultar útiles los servicios de desarrollo de aplicaciones de los socios de automatización láser. Lo ideal es que cuenten con el equipo y la experiencia necesarios para identificar, probar y optimizar su proceso láser.
Tamaño de la pieza
Esto puede parecer una consideración trivial, pero desempeña un papel fundamental. Los sistemas láser están limitados por su ámbito de trabajo.
Los sistemas preconfigurados se diseñan en función de las dimensiones típicas de las piezas de sectores específicos, por ejemplo, componentes pequeños y precisos de dispositivos médicos o conjuntos de tamaño medio para uso industrial general. Cuando las piezas no se ajustan a estas normas, ya sea porque son más grandes o tienen formas inusuales, a menudo se hace necesario utilizar un sistema personalizado o muy modificado.
Requisitos de rendimiento
Las capacidades de rendimiento son un área en la que suelen diferenciarse las soluciones preconfiguradas y las personalizadas. Dado que la productividad es uno de los objetivos principales de la automatización, este suele ser el factor decisivo.
Los sistemas preconfigurados suelen estar diseñados como células de trabajo o estaciones de trabajo individuales. Por lo tanto, suelen ser más adecuados para necesidades de rendimiento bajo a medio. 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 1000 soldaduras por minuto. Esto puede aumentar el rendimiento en una estación de trabajo independiente como EV-Cube, pero el transporte y la integración en una línea de producción pueden mejorar aún más el rendimiento.
Por el contrario, la velocidad que puede alcanzar un sistema láser personalizado suele estar limitada únicamente por la inversión económica, 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 relacionados con el láser que se ejecutan en paralelo para lograr un rendimiento muy alto.
Dependiendo de sus necesidades, puede que resulte más rentable instalar varios sistemas estándar que invertir en una línea más grande y personalizada.
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
Profundizando en la carga de piezas, también vale 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. Estas pueden incluir abrazaderas fijas, pasadores de posicionamiento, mandriles manuales o neumáticos (para piezas redondas) y bloques en V. Esto puede limitar la capacidad del sistema para ejecutar trayectorias de soldadura complejas o trabajar con piezas con formas 3D que requieren un procesamiento desde varios ángulos.
Si las piezas requieren un posicionamiento complejo, una fijación dinámica o una interacción con sistemas externos, las herramientas deben diseñarse en consecuencia. Por supuesto, esto se puede conseguir con un sistema robótico personalizado. Pero también es aquí donde se pueden ampliar las capacidades de una herramienta preconfigurada, siempre que el fabricante tenga la capacidad y la voluntad de hacerlo.
Tolerancias y calidad
Si bien las herramientas desempeñan un papel importante a la hora de determinar la precisión y la repetibilidad del proceso, pueden 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 de las herramientas.
Algunos sistemas preconfigurados pueden incluir sistemas de visión y supervisión de procesos como opciones estándar. Por ejemplo, las configuraciones de soldadura de la plataforma IPG LaserCell están disponibles con sistemas de medición de soldadura láser en tiempo real LDD para la supervisión de soldaduras en línea.
Sin embargo, es posible que la combinación de la complejidad de las piezas y los requisitos de tolerancia genere requisitos que superen la capacidad de un sistema preconfigurado. Esto empuja la solución hacia un diseño personalizado o semipersonalizado.
Potencia del láser
Los sistemas láser estándar están diseñados para adaptarse a determinados rangos de potencia láser. Esto suele venir determinado por la óptica de la herramienta, los sistemas de seguridad, las necesidades de refrigeración y, quizás, incluso los requisitos de potencia.
Sin embargo, el aumento de los requisitos de velocidad del proceso o el uso de 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 exige una potencia láser superior a la que puede proporcionar un sistema estándar, esto puede obligar a tomar la decisión de crear una solución láser personalizada.
Interacción del operador
Además de la funcionalidad del sistema, otra consideración importante es la facilidad con la que se puede programar y manejar. Esta es otra área en la que los sistemas preconfigurados y los personalizados tienden a diferir significativamente.
Los sistemas preconfigurados están diseñados para una interacción predecible y sencilla, y suelen admitir una selección limitada de operaciones. La programación de nuevas tareas suele estar simplificada y, en ocasiones, se reduce a una simple función de arrastrar y soltar, como en el caso de un sistema cobot de soldadura láser.
Todo esto relaja los requisitos de formación tanto para los operadores como para los ingenieros de procesos. También significa que los sistemas suelen estar listos y en funcionamiento en la producción casi inmediatamente después de su instalación.
Los sistemas láser robóticos personalizados pueden incluir una interfaz de usuario simplificada para los operadores. Pero debajo de ella suele haber un entorno de software mucho más sofisticado.
La ventaja de esa sofisticación es que tienen capacidades prácticamente ilimitadas. Esto suele incluir la capacidad de integrarse con otros sistemas de automatización industrial.
Pero esto también significa que suelen ser más complejos y difíciles de programar, lo que requiere una mayor experiencia para darles soporte. No es raro que se tarde más tiempo en poner en marcha un nuevo sistema o proceso, especialmente cuando implica una amplia interacción con sistemas externos.
Otras consideraciones
Como se mencionó anteriormente, la compra de un sistema láser no es realmente una elección binaria. Con algunos proveedores, es posible comenzar con un sistema preconfigurado y modificarlo con opciones hasta que se convierta esencialmente en un sistema personalizado. Con otros, los sistemas preconfigurados son rígidos y están optimizados para una gama limitada de tareas.
Los sistemas láser robóticos preconfigurados suelen costar menos que las herramientas totalmente personalizadas y, por lo general, el fabricante puede entregarlos más rápidamente. Además, la instalación de un sistema preconfigurado probablemente requerirá menos aprendizaje, ya que el fabricante ya tiene una amplia experiencia en su uso en diversos entornos de producción.
Modificar un sistema estándar para ampliar su funcionalidad también suele suponer un incremento menor en el coste que obtener esa misma capacidad mediante un sistema totalmente personalizado. Pero esto no es siempre así. Los sistemas preconfigurados tienen limitaciones que pueden hacer que realizar modificaciones extensas resulte más costoso que empezar desde cero.
También hay cuestiones logísticas y financieras. Modificar un sistema preconfigurado que ya está en uso en producción implica desconectar esa herramienta. Ese tiempo de inactividad tiene un impacto. Pero los costes de realizar esa modificación pueden salir de los gastos operativos, mientras que la compra de un nuevo sistema es invariablemente un gasto de capital.
Por último, recuerde que cualquier proveedor específico puede ofrecer solo una gama limitada de productos. Esto puede incentivarles a orientarle hacia una solución de entre sus productos o capacidades existentes. Desafortunadamente, es posible que este producto no sea el más adecuado para su aplicación.
Introducción a la automatización láser
Gracias a nuestra integración vertical única, IPG ofrece todo lo necesario, 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 cuéntenos cuál es su aplicación.
