Hay valor en lo difícil

Estudiar y experimentar una materia o ciencia para aumentar los conocimientos sobre ella, esto es, ¡¡INVESTIGAR!!. El objetivo es avanzar y para ello es necesario tratar de llegar a saber y conocer en profundidad todos los detalles de la ciencia que nos ocupa. En el caso industrial y, más en concreto, en tecnologías de fabricación, es cada vez más importante estar al día de los nuevos avances e investigaciones activas. Teniendo en cuenta una visión a largo plazo, los centros de producción tienden a ser energéticamente más autónomos, libres de emisiones y cada vez más ergonómicos. En este artículo se tratan temas relacionados con la eficiencia, avances en cuanto a proceso y diseño de producto para la industria de automoción, aeronáutica y del ferrocarril.

Sin ninguna duda, gran parte de lo que hoy se investiga será lo que se industrialice en el futuro, por lo menos en alguna de sus líneas. En el ámbito de la producción es necesario disponer de una perspectiva aproximada de hacia dónde se va en tecnología de procesos y que necesidades de producto aparecerán. Todo sector industrial y, en particular, los basados en tecnologías de fabricación son campos muy amplios, con disciplinas multisectoriales y en gran parte sometidos a un enorme secretismo de cara a orientar todos los esfuerzos de investigación y desarrollo en conseguir una posición competitiva en los mercados. En este artículo se presentan algunos de los avances y líneas de investigación más activas en los últimos años.

En los últimos 20 años todos los campos de la ciencia han evolucionado en muchas líneas, y se han incorporado al esfuerzo del I+D numerosos técnicos e investigadores. El término “investigador” es un poco grandilocuente, y ha pasado de ser aplicado a unos pocos genios más o menos inspirados, a referirse a un tipo de profesional que aplica procedimientos y métodos de mejora de forma sistemática, más que dedicarse a “inventar” de forma inspirada.

El concepto de I+D+i (Investigación+Desarrollo+Innovación) en fabricación se organizaría en los siguientes aspectos:

- La Ide Investigación orientada: sería una investigación básica de riesgo sobre nuevos procesos o aspectos básicos transversales a todos ellos. Para la selección de temáticas se valorará el entorno socio-industrial que puede recoger los avances de la investigación, seleccionando aquellas líneas que puedan ser viables. Este caso debería ser el que inspira los proyectos del Plan Nacional, u otros similares a nivel autonómico. En Europa tendrán su cabida en los nuevos instrumentos de VII FRP. El riesgo puede ser alto, pero los proyectos deben tener un plan de alcanzar el mercado a medio/largo plazo. Debe admitirse un gran porcentaje de fracasos.

- La Dde Desarrollo de productos y procesos, que den lugar a demostradores y prototipos precompetitivos, o plantas experimentales. En este caso debe realizarse una concienzuda valoración económica y de repercusión industrial previa al lanzamiento. Las empresas deben implicarse económicamente con decisión.

- La i de Innovación, aspecto importante que significa incorporar a los sistemas actuales los avances logrados, teniendo una política de mejora continúa. En este caso es muy importante la formación de personal en las nuevas técnicas, lo que puede realizarse en universidades, o centros de Formación Profesional. La formación en estos últimos es de gran relevancia pues significa imbuir a todo el personal de la cadena productiva en el hecho de la mejora y la innovación.

Mecatrónica de los sistemas de producción

El principal objetivo de los sistemas de fabricación es la perfecta adaptación a la tarea de producción. En la mayoría de las ocasiones, una mejora mecatrónica supone una inversión en tiempo que no se dispone, para optimizar los sistemas empleados en la fabricación, a pesar de suponer una disminución de los costes de producción. Sin embargo, es muy útil a la hora de desarrollar nueva tecnologías de fabricación basadas en este concepto.

En la actualidad el empleo de los actuadores en el ámbito de la máquina-herramienta concentra en tres aplicaciones:

• Mejora de la eficiencia del proceso:
  • Aumentar la tasa de arranque de material
  • Reducción del desgaste de la herramienta
  • Materiales de difícil maquinabilidad.
• Mejora de la calidad:
  • Contribución a la mejora de la estática y dinámica de la máquina
  • Calidad superficial, precisión geométrica
  • Confianza en el proceso, aumentar la seguridad.
• Extensión de la aplicación
  • Uso de nuevos materiales y formas
  • Aplicación a diferentes dimensiones de actuadores
  • Flexibilidad del proceso.

Un claro ejemplo de aplicación mecatrónica, son los procesos híbridos fabricación, como el fresado asistido por láser en el que se hace una corrección activa de las variaciones del proceso. Esta técnica de mecanizado persigue una mejora de la maquinabilidad del material mediante el calentamiento de este con un haz láser. El haz está dirigido al volumen de material de pieza que va a ser arrancado por la fresa. Para posibilitar el mecanizado en diferentes direcciones de avance el sistema es capaz de detectar la temperatura del material de pieza, adaptarse a las trayectorias de la herramienta y a las diferentes condiciones de corte, aportando mayor o menor energía en función de la profundidad de pasada o generando un arco de mayor o menor longitud en función de la profundidad de pasada radial.

Uno de los actuadores con más futuro en aplicaciones mecatrónicas son los basados en el empleo de piezoeléctricos, debido principalmente, a la posibilidad de adaptarse a procesos de fabricación con características dispares, así como aportar soluciones para los distintos elementos constituyentes del sistema, la asistencia a operaciones de mecanizado, operaciones de deformación

Dentro de las técnicas de mecanizado, el taladrado y el torneado, son susceptibles de emplear este tipo de actuadores para introducir una vibración desde el lado de la herramienta, de modo que se genera un movimiento relativo entre herramienta-pieza adicional al propio de la operación. En general se trata de un movimiento de baja amplitud, entre 1 y 15 micras, pero de alta frecuencia, pudiendo incluso alcanzar el rango ultrasónico. Este movimiento adicional favorece el mecanizado de materiales duros, aumentos de tasa de arranque, evacuación de viruta al generarse fragmentos de menor tamaño, lo que lleva al incremento de la vida de la herramienta. Otra opción es introducir la vibración desde el lado de la pieza, esta técnica es susceptible de ser empleada en operaciones de fresado. Existen prototipos capaces de superponer la vibración en dos ejes, con frecuencias de hasta 1000Hz. Mediante el control de la frecuencia, amplitud y desfase entre las dos oscilaciones de la plataforma de sujeción, se puede generar un movimiento adicional de alta frecuencia helicoidal o trocoidal entre pieza-herramienta.

En el sector de automoción, el ajuste de las matrices para los procesos de deformación supone una importante inversión de tiempo para evitar la generación de pliegues o grietas en pieza. Estos fallos se evitan mediante el ajuste manual de la geometría de la estampa para controlar el correcto flujo del material a deformar. Con objeto de controlar esa deformación, se está desarrollando una nueva generación de estampas con actuadores integrados. Los actuadores están situados en la periferia del troquel, sellados por una cubierta elástica, la disposición de un elevado número de piezoeléctricos aseguran la generación de la fuerza necesaria para soportar el proceso de deformación. De esta forma se consigue una superficie activa, cuya geometría es modificable, el control se lleva a cabo debido a que una superficie más lisa favorece el flujo de la chapa, mientras que una curva lo obstaculiza. Esta tecnología comienza a implantarse en las plantas productivas del grupo Volkswagen©.

La biónica se consolidad como una de las ramas de la mecatrónica con gran capacidad de innovación y con posibilidad de resolver los más dispares problemas de producción. Se inspira en las bases de la naturaleza para desarrollar nuevas estructuras cinemáticas aplicables a la máquina-herramienta. Un objetivo de este tipo de desarrollos se centra en diseñar máquinas herramientas de pequeño tamaño, con capacidad de desplazamiento y sujeción en piezas de gran tamaño.

Otra de las líneas de investigación se centra en el diseño inspirado en formas que ofrece la naturaleza para la reducción de peso en los componentes de máquina-herramienta, de manera que se logra un aumento de la eficiencia energética. Se puede dividir en dos niveles de diseño, nivel macro y nivel micro. Como ejemplo a nivel macro, se pueden encontrar soluciones para la sujeción en producción de la carrocería de los automóviles. Estos dispositivos deben tener la capacidad de girarse dentro y fuera de los ciclos de trabajo. Además los dispositivos deben ser flexibles para adaptarse a los cambios en el modelo. Con objeto de reducir energía se reduce al máximo el peso de los dispositivos de sujeción así como el de los accionamientos eléctricos, pero sin perder la rigidez necesaria del utillaje.