A decisão de automatizar um processo é importante para muitos fabricantes, pequenos e grandes. Mas essa escolha envolve muito mais do que apenas capacidades técnicas e custo inicial de capital. Trata-se, na verdade, de um compromisso estratégico que molda a forma como você fabrica os seus produtos, o nível de flexibilidade da sua linha de produção e a forma como você compete no seu mercado.
Depois de escolher um caminho de automação, está, até certo ponto, a adquirir um conjunto completo de recursos, restrições e opções futuras. A decisão certa pode melhorar a qualidade, aumentar a produtividade e posicionar a sua empresa para o crescimento.
A escolha errada pode prendê-lo a um sistema difícil ou caro de atualizar quando as suas necessidades mudarem. Alternativamente, pode descobrir que gastou demais em recursos que nunca utilizará.
Quando se trata de sistemas a laser, os produtos disponíveis no mercado geralmente se enquadram em duas grandes categorias: sistemas pré-configurados e sistemas personalizados. Embora essas sejam apenas duas extremidades do espectro, essa distinção é útil para definir os principais critérios de tomada de decisão.
Este artigo tem como objetivo ajudá-lo a tomar a decisão certa para o seu negócio.
O que é um sistema laser pré-configurado?
Um sistema laser pré-configurado geralmente tem como objetivo oferecer um preço inicial mais baixo e é projetado para realizar uma gama definida e limitada de tarefas. Esses sistemas são direcionados a fabricantes que desejam automatizar processos comuns a laser – como soldagem, limpeza ou corte – sem incorrer no tempo e no custo de engenharia personalizada.
Os sistemas pré-configurados são especialmente atraentes para fabricantes de pequeno e médio porte, ou para operações maiores que buscam aumentar rapidamente a capacidade para processos padrão e repetíveis. O apelo está na sua simplicidade. Eles são construídos para serem confiáveis, fáceis de instalar e rápidos de implementar.
Os sistemas pré-configurados são geralmente unidades autónomas alojadas num invólucro à prova de laser Classe 1, completas com portas de acesso, intertravamentos ou cortinas de luz para garantir a segurança do operador. Eles são geralmente projetados para funcionar como células de trabalho ou estações de trabalho independentes, em vez de componentes de uma linha de produção totalmente automatizada.
Dependendo da aplicação pretendida e do tamanho da peça, um sistema pré-configurado pode utilizar movimento gantry (cartesiano) ou um braço robótico. Os sistemas gantry são normalmente construídos sobre uma plataforma de trabalho feita de aço ou granito, proporcionando uma base estável para operações precisas. Os sistemas robóticos incorporam mais frequentemente um robô industrial de 6 eixos.
Não é incomum que os fornecedores ofereçam os seus sistemas pré-configurados com opções. Estas podem incluir várias fontes de laser, óptica de entrega de feixe e talvez até sistemas de monitorização de visão ou processo.
Várias interfaces de fixação e montagem de peças, como bandejas ou suportes rotativos, também estão frequentemente disponíveis, especialmente para sistemas de marcação. Interfaces para carga ou descarga semiautomática, como carga por transportador ou plataformas giratórias, estão disponíveis em alguns casos.
Uma característica fundamental dos sistemas laser pré-configurados é a simplicidade e a facilidade de utilização. A interface homem-máquina (HMI) geralmente oferece um ambiente de controlo limpo e orientado por menus, com acesso limitado a programas predefinidos ou parâmetros de receitas. Isso permite a utilização por pessoal da linha de produção com o mínimo de formação especializada. Para o engenheiro de processos, a criação de novas tarefas é igualmente simplificada e acessível para aqueles com habilidades limitadas de programação.
O que é um sistema laser personalizado?
Um sistema laser personalizado é projetado desde o início para atender a um conjunto específico de requisitos de produção que estão fora das capacidades dos sistemas pré-configurados. Cada sistema personalizado é, por definição, essencialmente único.
No entanto, os sistemas laser personalizados tendem a consistir em vários componentes comuns – e possivelmente até padronizados. Estes podem incluir:
- Manuseamento automatizado de materiais
- Fixação de peças e ferramentas
- Movimento e posicionamento de peças
- Fonte laser e transmissão do feixe
- Visão, deteção e monitorização de processos
- Controlador e software associado
- Módulo de comunicações (para interface com o MES, PLC ou outros sistemas de controlo de automação industrial)
- Segurança e invólucro
Esses elementos podem ser combinados de praticamente qualquer maneira, sendo possível atingir altos níveis de complexidade e sofisticação. Os sistemas de movimento podem incluir vários braços robóticos, pórticos, estágios lineares ou mesas rotativas. Às vezes, eles funcionam de forma independente para processar peças em paralelo. Outras vezes, eles se coordenam para atingir o alcance, a precisão e a velocidade necessários.
Em termos de experiência do utilizador (UX), os sistemas personalizados normalmente apresentam HMIs personalizadas que oferecem capacidades mais profundas de controlo e monitorização. Os operadores e engenheiros de processo podem ter acesso a ferramentas de diagnóstico avançadas, parâmetros de processo personalizáveis e interfaces que suportam a gestão de receitas ou a produção de alta mistura. Normalmente, é necessário um bom nível de conhecimentos de programação e automação para utilizar estas ferramentas.
Embora os sistemas laser personalizados possam ser células de trabalho autónomas, eles são frequentemente projetados para integração em sistemas de automação e linhas de produção em toda a instalação. Eles podem fornecer conectividade para redes PLC, plataformas MES e sistemas SCADA usando protocolos industriais padrão, como EtherNet/IP, Profinet ou OPC UA.
Escolher entre um sistema laser pré-configurado e um sistema laser personalizado
Escolher a abordagem certa para a automação a laser envolve considerar e equilibrar muitos fatores. Alguns são óbvios, como custos de capital e operacionais e espaço disponível. Outros são menos óbvios, como a qualidade do suporte do fornecedor e a capacidade de atualização.
Com tantas variáveis, a tomada de decisões pode ser esmagadora. Para simplificar este processo, é útil identificar e concentrar-se nas questões fundamentais que mais provavelmente determinarão o sucesso ou o fracasso. Em termos de funcionalidade do sistema, descobrimos que estes sete fatores são normalmente os mais críticos.
Aplicação adequada
Esta é a base e o ponto de partida do processo de tomada de decisão. Primeiro, é necessário definir o seu processo e, em seguida, determinar se um laser pode oferecer os melhores resultados.
Para fazer essa avaliação, é necessário compreender o que o laser oferece – seja velocidade, precisão, redução do aquecimento ou custos operacionais mais baixos – e decidir como o sucesso será medido. Se não houver uma definição clara do que é a tarefa e do que constitui o sucesso, haverá poucas hipóteses de alcançá-lo.
É aqui que os serviços de desenvolvimento de aplicações dos parceiros de automação a laser podem ser úteis. Idealmente, eles devem ter o equipamento e a experiência necessários para identificar, testar e otimizar o seu processo a laser.
Tamanho da peça
Isso pode parecer uma consideração banal, mas desempenha um papel fundamental. Os sistemas a laser são limitados pelo seu envelope de trabalho.
Os sistemas pré-configurados são projetados com base nas dimensões típicas das peças para setores específicos – componentes pequenos e precisos em dispositivos médicos ou conjuntos de tamanho médio para uso industrial geral, por exemplo. Quando as peças estão fora dessas normas – sejam elas maiores ou com formatos incomuns –, muitas vezes é necessário um sistema personalizado ou altamente modificado.
Requisitos de rendimento
As capacidades de rendimento são uma área em que as soluções pré-configuradas e personalizadas são normalmente diferenciadas. Dado que a produtividade é um dos principais objetivos da automação, este é frequentemente o fator decisivo.
Os sistemas pré-configurados são geralmente concebidos como células de trabalho ou estações de trabalho individuais. Como resultado, são normalmente mais adequados para necessidades de rendimento baixo a médio. O carregamento e descarregamento de peças, especialmente se for realizado manualmente, é frequentemente o fator limitante da velocidade de um sistema pré-configurado.
Por exemplo, tecnologias como a soldagem instantânea podem atingir velocidades de soldagem superiores a 1000 soldas por minuto. Isso pode aumentar a produtividade em uma estação de trabalho autónoma como o EV-Cube, mas o transporte e a integração em uma linha de produção podem melhorar ainda mais a produtividade.
Em contrapartida, a velocidade que um sistema laser personalizado pode atingir é frequentemente limitada apenas pelo investimento financeiro, restrições de espaço ou gargalos não relacionados ao laser. Os sistemas personalizados podem incorporar múltiplas fontes de laser ou ópticas, vários tipos de movimento do sistema ou processos não relacionados ao laser executados em paralelo para alcançar um rendimento muito alto.
Dependendo das suas necessidades, pode ser mais económico instalar vários sistemas padrão do que investir numa linha maior, construída à medida.
Alguns sistemas pré-configurados suportam opções de carregamento automatizado de peças ou a capacidade de integração com correias transportadoras. Isso pode aumentar a produtividade, minimizando o tempo ocioso do sistema enquanto as peças são carregadas ou descarregadas.
Ferramentas
Aprofundando-se ainda mais no carregamento de peças, também vale a pena examinar como a peça é fixada e apresentada ao laser. Os sistemas padrão normalmente têm uma gama limitada de opções de fixação de peças. Estas podem incluir grampos fixos, pinos de localização, mandris manuais ou pneumáticos (para peças redondas) e blocos em V. Isso pode limitar a capacidade do sistema de executar percursos de soldagem complexos ou trabalhar com peças moldadas em 3D que requerem processamento de vários ângulos.
Se as peças exigirem posicionamento complexo, fixação dinâmica ou interação com sistemas externos, as ferramentas devem ser projetadas de acordo. É claro que isso pode ser obtido com um sistema robótico personalizado. Mas é também aí que as capacidades de uma ferramenta pré-configurada podem ser ampliadas, supondo que o fabricante tenha as capacidades e a disposição para fazê-lo.
Tolerâncias e qualidade
Embora as ferramentas desempenhem um papel importante na determinação da precisão e repetibilidade do processo, elas podem ser complementadas com vários sensores, especialmente sistemas de visão. Estes podem ajudar o sistema a acomodar melhor as variações entre peças ou compensar as limitações na consistência posicional das ferramentas.
Alguns sistemas pré-configurados podem incluir sistemas de visão e monitoramento de processos como opções padrão. Por exemplo, as configurações de soldagem da plataforma IPG LaserCell estão disponíveis com sistemas LDD Real-Time Laser Weld Measurement para monitoramento de soldagem em linha.
No entanto, é possível que a combinação da complexidade das peças e dos requisitos de tolerância crie requisitos que excedam a capacidade de um sistema pré-configurado. Isso leva a solução a um design personalizado ou semi-personalizado.
Potência laser
Os sistemas laser padrão são construídos para acomodar determinadas gamas de potência laser. Isso é geralmente ditado pela ótica da ferramenta, pelos sistemas de segurança, pelas necessidades de refrigeração e, talvez, até mesmo pelos requisitos de energia.
No entanto, requisitos de maior velocidade do processo ou materiais mais espessos podem exigir um laser de maior potência.
Algumas dessas limitações não são fáceis de atualizar ou expandir. Portanto, se uma aplicação exige absolutamente uma potência de laser superior à que um sistema padrão pode fornecer, isso pode forçar a decisão de construir uma solução de laser personalizada.
Interação do operador
Além da funcionalidade do sistema, outra consideração importante é a facilidade com que ele pode ser programado e operado. Essa é outra área em que os sistemas pré-configurados e personalizados tendem a divergir significativamente.
Os sistemas pré-configurados são criados para uma interação previsível e direta e, geralmente, suportam uma seleção limitada de operações. A programação de novas tarefas é frequentemente simplificada e, às vezes, reduzida a apenas a funcionalidade de arrastar e soltar, como em um sistema cobot de soldagem a laser.
Tudo isso flexibiliza os requisitos de formação tanto para operadores quanto para engenheiros de processo. Isso também significa que os sistemas geralmente podem estar em funcionamento na produção quase imediatamente após a instalação.
Os sistemas robóticos a laser personalizados podem incluir uma interface de utilizador simplificada para os operadores. Mas, por baixo disso, existe normalmente um ambiente de software muito mais sofisticado.
A vantagem dessa sofisticação é que eles têm capacidades praticamente ilimitadas. Isso geralmente inclui a capacidade de integração com outros sistemas de automação industrial.
Mas isso também significa que eles são normalmente mais complexos e difíceis de programar, exigindo maior especialização para dar suporte. Não é incomum que leve mais tempo para colocar um novo sistema ou processo em funcionamento, especialmente quando envolve interação extensiva com sistemas externos.
Outras considerações
Como mencionado anteriormente, a compra de um sistema a laser não é realmente uma escolha binária. Com alguns fornecedores, é possível começar com um sistema pré-configurado e modificá-lo com opções até que se torne essencialmente um sistema personalizado. Com outros, os sistemas pré-configurados são rígidos e otimizados para uma gama restrita de tarefas.
Os sistemas robóticos a laser pré-configurados normalmente custam menos do que as ferramentas totalmente personalizadas e geralmente podem ser entregues mais rapidamente pelo fabricante. Além disso, a instalação de um sistema pré-configurado provavelmente envolverá menos curva de aprendizagem, uma vez que o fabricante já tem uma experiência substancial com a sua utilização em vários ambientes de produção.
Modificar um sistema padrão para expandir a funcionalidade do sistema também geralmente acarreta um aumento incremental menor no custo do que obter a mesma capacidade por meio de um sistema totalmente personalizado. Mas isso não é uma verdade universal. Os sistemas pré-configurados têm limitações que podem tornar a realização de modificações extensas mais dispendiosa do que começar do zero.
Há também questões logísticas e financeiras. Modificar um sistema pré-configurado que já está em uso na produção coloca essa ferramenta fora de linha. Esse tempo de inatividade tem um impacto. Mas os custos para fazer essa modificação podem sair das despesas operacionais, enquanto a compra de um novo sistema é invariavelmente uma despesa de capital.
Por fim, lembre-se de que qualquer fornecedor específico pode oferecer apenas uma gama limitada de produtos. Isso pode incentivá-lo a orientá-lo para uma solução entre os seus produtos ou recursos existentes. Infelizmente, esse produto pode não ser o mais adequado para a sua aplicação.
Introdução à automação a laser
Graças à nossa integração vertical única, a IPG oferece tudo, desde componentes e tecnologias a laser até sistemas pré-configurados, plataformas modulares e linhas de produção personalizadas. Como parceiros em tudo o que diz respeito à automação a laser, não o pressionamos a escolher um produto ou abordagem específica.
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.
