Seja ao lançar um novo produto ou aumentar a produção de um produto existente, os fabricantes estão sob intensa pressão para automatizar de forma mais rápida, confiável e com menos riscos. O tempo de comercialização torna-se uma métrica fundamental que afeta diretamente a rentabilidade, a competitividade e a satisfação do cliente. Cada atraso significa perda de receita, oportunidades perdidas e custos mais elevados.
Tanto para integradores como para fabricantes, a construção 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, prolongando os prazos de lançamento e aumentando os custos.
Oferecer às indústrias um caminho melhor para a automação a laser tem sido um dos nossos focos na IPG Photonics. Como fornecedora de sistemas completos de automação, a IPG faz parcerias com fabricantes, trabalhando com as suas equipas de produção para projetar, construir, instalar e manter uma solução de produção totalmente integrada. Descobrimos que, com apenas um fornecedor responsável por todas as partes da solução, os fabricantes podem acelerar o processo, eliminar surpresas e contar com um único recurso para suporte.
Neste artigo, discutiremos os benefícios de trabalhar com um fornecedor de soluções completas de automação a laser – particularmente como o parceiro certo pode ajudá-lo a minimizar riscos e construir uma base mais sólida para o sucesso a longo prazo.
A rota tradicional para a automação
Os fabricantes normalmente recorrem a uma de duas estratégias para implementar um sistema de automação personalizado: eles próprios o constroem ou contratam um integrador de sistemas. Embora ambas as abordagens possam funcionar, muitas vezes acarretam riscos ocultos — especialmente para processos baseados em laser — que afetam o tempo de comercialização, o custo e o desempenho geral do sistema.
Para alguns, adquirir componentes individuais de vários fornecedores pode parecer uma abordagem mais flexível ou económica. Mas, muitas vezes, o custo real da integração fragmentada supera em muito qualquer economia inicial.
Quando os componentes provêm de diferentes fornecedores, o ônus de fazê-los funcionar em conjunto recai diretamente sobre o utilizador final. Isso cria riscos em todas as etapas: interfaces incompatíveis, compatibilidade de processos não comprovada, responsabilidades pouco claras e tempos prolongados de depuração do sistema. Cada lacuna de integração gera oportunidades para atrasos, horas de engenharia inesperadas e custos adicionais.
A maior dificuldade geralmente surge após o início da instalação. Com vários fornecedores envolvidos, diagnosticar e corrigir problemas pode se transformar num jogo de culpa, com cada fornecedor apontando o componente de outra pessoa como a causa. Enquanto isso, os prazos de produção atrasam, os recursos internos ficam comprometidos e os custos aumentam. Quando um sistema fragmentado está totalmente operacional, os fabricantes muitas vezes percebem que gastaram muito mais — em tempo, dinheiro e frustração — do que teriam gasto se tivessem adquirido uma solução totalmente integrada desde o início.
Os integradores de sistemas têm como objetivo resolver esse problema. Mas a maioria tem uma limitação significativa. Embora sejam especialistas em robótica, controlos e engenharia de sistemas, poucos têm profundo conhecimento interno em interação laser-material, otimização de processos a laser ou projeto de sistemas óticos. Como resultado, trabalhar com um integrador geralmente envolve várias camadas de subcontratação e propriedade técnica dividida. Se surgir um problema, resolvê-lo pode exigir semanas de idas e vindas entre o integrador e os seus próprios fornecedores.
A abordagem de fonte única
Como a IPG resolve esses problemas? Não somos apenas mais um integrador ou fornecedor de componentes na lista?
A maioria das pessoas que estão a ler isto já conhece a IPG Photonics como pioneira e líder de mercado em lasers de fibra industriais. Mas muitos podem não saber que a IPG cresceu e se tornou muito mais do que apenas um fabricante de lasers.
Hoje, possuímos toda a experiência e recursos necessários para oferecer uma solução verdadeiramente única para automação. É claro que fornecemos lasers, mas também integramos óptica, sistemas robóticos, plataformas de movimento, ferramentas, sistemas de controlo, soluções de visão e até mesmo invólucros de segurança – tudo projetado para funcionar em perfeita sintonia. Desde estações de trabalho autónomas até linhas de produção completas e automatizadas para produção em grande volume, todos os elementos do sistema são construídos com base na nossa profunda experiência em interação laser/material e automação industrial. Não há divisão de responsabilidades, nem subcontratados, nem incertezas sobre o desempenho do sistema.
E as nossas capacidades vão muito além do hardware. Envolvemo-nos desde o início do ciclo de vida do projeto, trabalhando com os clientes para desenvolver o processo a laser adequado através do desenvolvimento de aplicações, estudos de viabilidade e simulações virtuais. Em seguida, projetamos, construímos e validamos o sistema internamente para minimizar quaisquer surpresas durante a instalação. Após a implementação, fornecemos suporte, formação de operadores e assistência 24 horas por dia, 7 dias por semana. Os utilizadores dos sistemas de automação da IPG têm um único ponto de contacto do início ao fim – e muito mais.
Eis o que descobrimos: os 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 em aumentar a produção, em vez de resolver problemas.
Compreender como tudo funciona, desde a interação entre o laser e o material até o projeto de ferramentas e até mesmo peças otimizadas para o processamento a laser, pode ser assustador. Vejamos alguns dos recursos que oferecemos para o desenvolvimento de sistemas de automação para entender melhor o quadro.
Desenvolvimento de aplicações: a base para o sucesso
A diferença entre a IPG e outros integradores torna-se clara logo no início. Começamos por estudar, testar e caracterizar o próprio processo de laser. Isto é fundamental, pois para obter resultados de produção fiáveis é necessário um processo comprovado e bem otimizado, desenvolvido em condições reais.
Esse esforço é liderado pela nossa equipa de Aplicações, que trabalha em laboratórios de aplicações globais. Cientistas especializados em laser e engenheiros de aplicações trabalham com fabricantes para desenvolver processos totalmente validados e adaptados a cada aplicação. Seja em soldagem, limpeza, texturização, corte ou manufatura aditiva, o objetivo da nossa equipa é garantir que os resultados sejam otimizados muito antes do início da construção do sistema.
Essa colaboração na fase inicial reduz drasticamente os riscos a jusante, pois nos permite construir um sistema baseado em uma fundação testada e otimizada. Isso é fundamental para garantir uma transição perfeita do protótipo para a produção.
Ferramentas avançadas para reduzir os riscos 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 dependem de um ciclo de «engenharia simultânea» trabalhoso e dispendioso. Isso envolve a construção 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 atinja a sua forma final. Embora eficaz, esse método tradicional adiciona tempo, custo e risco significativos a cada lançamento.
Hoje, a IPG utiliza ferramentas avançadas de fabricação virtual para reduzir drasticamente e otimizar o ciclo de engenharia simultânea. Ao simular, analisar e otimizar sistemas de automação digitalmente, identificamos e eliminamos riscos antes mesmo que eles cheguem à fase 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 Soldagem (WDA).
Com o VSA, a IPG pode modelar e simular literalmente milhares de «construções digitais» de uma peça ou montagem. Praticamente todos os aspetos do processo estão incluídos nesta simulação. Por exemplo, o VSA incorpora modelos 3D das peças e conjuntos, bem como as ferramentas, dispositivos de fixação de peças e quaisquer outros componentes mecânicos auxiliares presentes no sistema. A análise de elementos finitos é empregada para modelar a resistência e durabilidade de todas essas peças mecânicas. A simulação robótica é usada para modelar o movimento real de robôs físicos.
O VSA mostra-nos como as variações naturais nas tolerâncias dos componentes afetam as principais características dos conjuntos fabricados. O software analisa o desempenho das ferramentas e dos dispositivos de fixação da peça para prever a variação estatística das características dimensionais críticas nas peças finais. Isto proporciona um meio poderoso para reduzir o tempo e os custos necessários para otimizar o produto e as ferramentas.
O WDA vai um passo além, simulando os efeitos dos processos de soldagem na geometria das peças. Ao modelar as propriedades dos materiais, as zonas afetadas pelo calor, as sequências de soldagem e a fixação, o WDA prevê onde é provável que ocorra distorção. Em seguida, sugere alterações no fluxo do processo, nas ferramentas ou no design das peças para mitigar quaisquer problemas. Os resultados são soldas melhores — com distorção mínima, baixa tensão residual e resistência máxima — sem a necessidade de realizar inúmeros ciclos de testes em peças reais.
A IPG oferece uma gama de soluções de automação
Como é um sistema automatizado da IPG?
Cada desafio de fabrico é diferente. Alguns fabricantes querem construir a partir de uma solução padronizada para colocar um novo processo a laser em funcionamento imediatamente. Outros exigem um sistema projetado individualmente e totalmente personalizado, construído do zero para um ambiente de produção específico e de alto volume. A IPG oferece soluções em ambos os extremos, bem como em qualquer ponto do espectro entre eles. Trabalhamos com cada cliente para determinar o caminho certo com base nos seus objetivos, prazos e orçamentos.
Algumas aplicações podem usar uma versão aprimorada de um dos nossos produtos pré-configurados, como o 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 facilmente personalizadas com uma variedade de opções de carregamento/descarga e manuseio de peças, robótica, sistemas de visão e muito mais. Isso permite que elas se integrem perfeitamente a 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. Estes podem incorporar uma ampla gama de elementos, tais como sistemas de visão, ferramentas especializadas, robótica avançada, manuseamento de peças, PLCs e interfaces de comunicação, e variam desde uma única estação de trabalho autónoma até sistemas de alto volume com várias estações.
Esses sistemas são adaptados especificamente ao processo, material, taxa de produção e requisitos de qualidade do cliente. Embora mais cara e demorada de desenvolver, uma solução personalizada pode oferecer desempenho máximo e ROI.
Quer opte por construir um dos nossos sistemas padrão ou nos peça para criar uma linha de produção automatizada totalmente personalizada, irá beneficiar de uma responsabilidade única e da nossa comprovada capacidade de cumprir prazos e orçamentos. Ao estabelecer uma parceria com a IPG, também terá acesso à nossa rede global de serviços e suporte, incluindo instalação especializada, formação prática e assistência técnica contínua para manter o seu sistema a funcionar com o máximo desempenho.
Aplicações: Soldagem e muito mais
Que aplicações podem utilizar as soluções 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 bastante nos últimos anos. Por exemplo, no setor automóvel, 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 carroçarias em branco, engrenagens, estruturas de bancos e muito mais, proporcionando juntas fortes e precisas com distorção mínima do calor.
A fabricação de veículos elétricos tornou-se outro segmento significativo da indústria automóvel nos últimos anos. Essas tarefas frequentemente envolvem diferentes materiais, técnicas de montagem e níveis de precisão mais elevados do que outras áreas da produção automóvel. Como resultado, elas representam desafios para os sistemas de soldagem de produção, que precisam oferecer simultaneamente uma qualidade de soldagem excepcional e alto rendimento. O desenvolvimento de ferramentas a laser automatizadas que atingem esses objetivos é significativamente facilitado com o uso de nossas ferramentas de virtualização. Elas nos permitem reduzir o tempo de desenvolvimento e ainda assim oferecer resultados superiores.
Mas também oferecemos suporte a uma gama mais ampla de processos de fabricação, além da soldagem. Nossa profunda experiência em interação laser-material nos permite lidar com aplicações que vão desde limpeza, texturização, corte e aquecimento/secagem até manufatura aditiva.
Por exemplo, a automação a laser IPG permite uma limpeza eficiente de superfícies, que pode substituir a escovagem mecânica ou tratamentos químicos, texturização de superfícies para melhorar a aderência e a aparência, e corte preciso de metais e compósitos. Esses processos a laser sem contacto melhoram a qualidade, reduzem a manutenção e aumentam a produtividade, ao mesmo tempo que se integram perfeitamente em 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 as suas operações e melhorar o desempenho dos produtos.
Automação mais inteligente para um mundo mais complexo
Os processos de fabrico atuais são mais complexos e desafiadores do que nunca. Os materiais estão a mudar. As geometrias das peças estão a tornar-se mais complexas. Os volumes de produção estão a aumentar, enquanto as margens de tolerância diminuem.
Neste ambiente, seguir os caminhos tradicionais para a automação – seja construindo um sistema por conta própria ou contando com integradores de uso geral – pode não proporcionar a velocidade, a precisão ou a confiabilidade de que os fabricantes precisam para se manterem competitivos.
Os métodos modernos de produção baseados em laser exigem uma abordagem mais inteligente. Uma abordagem fundamentada em profundo conhecimento do processo, ampla experiência em automação e capacidades abrangentes de engenharia de sistemas. O nosso objetivo é oferecer aos nossos clientes essas competências essenciais para capacitá-los e continuar a avançar no estado da arte da fabricação.
Introdução à automação a laser
Está interessado em saber como uma solução automatizada a laser IPG pode beneficiar a sua operação?
Começar é fácil – envie-nos algumas peças de amostra, visite um dos nossos laboratórios de aplicação globais ou simplesmente conte-nos sobre a sua aplicação.
