Los fabricantes generalmente deben ofrecer productos de alta calidad a precios bajos para seguir siendo competitivos. Por lo tanto, tres Institutos Fraunhofer están trabajando en la próxima generación de robots industriales que facilitarán procesos de producción rentables. Los investigadores se centran en desarrollar una nueva cinemática para el fresado de materiales ligeros, rieles, y aceros. El objetivo:lograr una tolerancia de producción de solo 0,1 milímetros en todo el espacio de trabajo del robot, comenzando por el primer componente.

Cada vez más consumidores exigen productos hechos a medida, productos personalizados. Las instalaciones de producción del mañana deberán ser eficientes y versátiles si esperan cumplir con los requisitos cada vez más estrictos y las necesidades específicas de cada cliente, todo mientras dominan la presión de los costos crecientes. Las máquinas herramienta de alta precisión que imparten una determinada forma geométrica a las piezas de trabajo siguen siendo la solución preferida. Los robots industriales convencionales simplemente no han podido, por su insuficiente precisión, para suplantar tales máquinas herramienta. El uso de robots para operaciones de fresado sigue siendo un desafío particular. Principalmente debido a los reductores, La baja rigidez del robot desvía la herramienta, lo que reduce su atractivo para su uso. En efecto, el personal de producción debe cumplir con tolerancias de producción extremadamente estrictas cada vez que mecanizan materiales livianos, como aluminio o plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP), así como metales, y aceros.

Producción personalizada, incluso para un tamaño de lote de uno

Los investigadores que trabajan en el proyecto de investigación conjunto "Flexmatik 4.1" de Fraunhofer (ver cuadro) están desarrollando un robot industrial diseñado para el fresado de alta precisión de materiales ligeros. Los socios del proyecto son los Institutos Fraunhofer de Sistemas de Producción y Tecnología de Diseño IPK, para Tecnología de Fabricación y Materiales Avanzados IFAM, y para la durabilidad estructural y la confiabilidad del sistema LBF. Los investigadores deben revisar la cinemática para que el robot tenga éxito. Sascha Reinkober, jefe de departamento de Fraunhofer IPK, explica:"Estamos diseñando una cadena cinemática multieje especialmente diseñada para procesos de trayectoria continua". El robot avanza del punto A al punto B del componente que se está mecanizando atravesando una unidad lineal, un tipo de riel. "Las simulaciones del sistema que realizamos durante la fase de diseño indican que podemos lograr un objetivo de precisión de más / menos 0.1 milímetros. Esto será posible a partir del primer componente, a pesar de las fuerzas del proceso que actúan sobre él. Por lo tanto, los fabricantes pueden personalizar la producción, incluso para lotes de una sola unidad, "dice Jan Hansmann, líder de proyecto en Fraunhofer LBF. "Bajo la exposición de las fuerzas del proceso, el robot se desviará mucho menos de su trayectoria objetivo programada. En consecuencia, el robot puede perforar un orificio en el lugar previsto del componente con mucha mayor precisión, por ejemplo."

Para garantizar una alta precisión, el equipo de investigadores está desarrollando un nuevo concepto de accionamiento para ejes individuales. Se utilizan accionamientos parcialmente directos, que son considerablemente más rígidos durante el funcionamiento que los reductores de alta tecnología actuales. Y una nueva estrategia de control del clima minimiza la imprecisión debido a las fluctuaciones de temperatura. El robot también está equipado con un control cnc para máquinas herramienta. Por último, si bien no menos importante, el nuevo Flexmatik cuenta con un sistema de control de vibraciones activo.

El robot de nuevo diseño ofrece ventajas clave en comparación con las máquinas herramienta:el coste de adquisición se reduce hasta en un factor de 10 y el consumo de energía en hasta un factor de 15. Gracias a su unidad lineal, Flexmatik exhibe un espacio de trabajo a la par con las fresadoras de pórtico grandes, y una mejor accesibilidad. En comparación con una fresadora de pórtico, Flexmatik no requiere una base pesada especial. Esto mantiene los costos de construcción más bajos y otorga a los usuarios flexibilidad para configurarlo. Los investigadores de Fraunhofer quieren completar un prototipo funcional para finales de 2018.

Su innovador robot de fresado puede manejar una amplia gama de aplicaciones, incluido el mecanizado de grandes estructuras de CFRP como fuselajes, el fresado de componentes para turbinas de gas, y el remodelado de herramientas de prensa. "El Flexmatik es una opción adecuada para muchas aplicaciones en prácticamente todos los sectores que utilizan máquinas-herramienta. Pero no se trata de reemplazar las máquinas-herramienta. El Flexmatik, en cambio, puede ser una adición útil que comparte cargas de trabajo. El objetivo final es hacer que los procesos de producción sean más costosos. eficaz, "enfatiza Sven Philipp von Stürmer, líder de proyecto en Fraunhofer IFAM.