INDUSTRIA 4.0 CON TOMOGRAFÍA COMPUTADA DE ALTA VELOCIDAD PARA ALTOS VOLÚMENES DE PRODUCCIÓN

La Industria 4.0 está llevando los procesos a un siguiente nivel con un mejor intercambio de datos, análisis y comentarios relevantes sobre el proceso, el estado y la dinámica de los equipos. En equipo, AMS Advanced Machine Systems, Fundición Ariente y Carl Zeiss lograron que la Argentina sea el primer país de Latinoamérica en tener la más avanzada tecnología en Metro Tomografía Computada 3D inteligentes para Internet de las Cosas.

Tomografía computarizada 3d

El control de calidad debe adaptarse a los nuevos requisitos de inspección y fabricación aditiva (AM) en un 100% para permitir la inspección a alta velocidad de las características internas y externas, adaptarse rápidamente a los cambios de diseño de las piezas, vincular los resultados a números de pieza únicos, realizar metrología automatizada y decidir sobre la condición de las piezas medidas. Todo esto debe suceder a un ritmo rápido, permitiendo la inspección simultánea de las características internas y externas. La tomografía computarizada (CT) ofrece la flexibilidad necesaria y, con el avance tecnológico reciente, permite obtener la composición de la pieza en algunos segundos, incluso realizando tareas complejas de metrología e inspección simultáneamente. Con el análisis de defectos y la retroalimentación, se puede lograr una producción virtualmente libre de defectos. En esta nota, veremos diferentes formas de implementación de soluciones completas que permiten un mayor control del proceso, el seguimiento de piezas digitales, así como la flexibilidad y el rendimiento de la metrología paralela con CT industrial.


¡TRABAJO EN EQUIPO!

AMS Advanced Machine Systems, Fundición Ariente y Carl Zeiss lograron que la Argentina sea el primer país de Latinoamérica (incluido México) en tener la más avanzada tecnología en Metro Tomografía Computada 3D. Gracias a la adquisición del equipo Volumax 1500, la producción de piezas Fundidas en Aluminio ostentará desde Córdoba nuevos estándares de Calidad y Fundición Ariente es el primero en tomar este desafío.

AMS Advanced Machine Systems se especializa en asistir a las empresas con las mejores soluciones tecnológicas acorde a sus necesidades representando a marcas líderes como, Carl Zeiss, Stratasys, Zoller, EZ, Haimer, Desktop-Metal, Asimeto, EMCO y Otec. Cuenta con equipos de trabajo profesionales y calificados que acompañan a los clientes en su crecimiento y desarrollo, facilitando conocimientos para el cumplimiento de sus objetivos.

La siguiente foto corresponde al equipo Volumax adquirido por Fundición Ariente en Alemania para su planta de Córdoba, y estará operativo a partir del próximo mes de mayo. De izquierda a derecha: Aldo Di Federico (Director AMS) / Carlos Tomacelli (Responsable Técnico Ariente) / Pablo Albert (Director Ariente) / Michael Wieler (Director Zeiss Alemania)

Ariente AMS y Zeiss en Alemania


Introducción

Como se mencionaba, la Industria 4.0 se basa principalmente en los siguientes principios de diseño: interoperabilidad, transparencia de la información, asistencia técnica y decisiones descentralizadas. Estos principios, junto con la personalización masiva, proporcionan nuevos requisitos para la fabricación y las capacidades de inspección de calidad. Esta demanda puede realizarse con una fabricación flexible basada en métodos de fabricación sustractivos y aditivos. La Manufactura Aditiva (AM), especialmente, ofrece una libertad de diseño sin precedentes ilimitada desde la selección de materiales y las técnicas de fabricación. Los nuevos diseños complejos requieren métodos de inspección, como la tomografía computarizada de rayos X (CT) que puede medir de forma no destructiva las características internas y externas de las partes metálicas y no metálicas. La usabilidad del CT para aplicaciones metrológicas se ha investigado intensamente durante la última década, y ha resultado en la mayoría de los casos. En general, CT ofrece posibilidades de análisis de datos sin precedentes debido a la recopilación del conjunto completo de datos volumétricos. CT también proporciona un nivel sin precedentes de flexibilidad y velocidad para tareas de metrología paralelas que no tiene comparación con los métodos clásicos, que recopilan datos característica por característica. La distinción entre CT y métodos clásicos se deriva directamente de cómo se recopilan los datos, y esta diferencia ofrece posibilidades para la simultaneidad de las mediciones.

Implementación

Para instaurar la Industria 4.0, un grupo de control de calidad debe estar preparado para la producción de alto volumen y ser capaz de medir el 100% de las piezas producidas con tiempos de ciclo superiores a 4 segundos por pieza. Los resultados de la medición deben adjuntarse a números de serie únicos y las decisiones sobre la condición de la pieza deben realizarse automáticamente. De manera óptima, los datos de la pieza también deberían estar disponibles como retroalimentación a la línea de fabricación.

Diseño Experimental

La solución completa se define por el siguiente flujo:

1. El número de serie de una pieza se lee y almacena en una base de datos (este paso se puede mover al paso n.º 5; sin embargo, esta posibilidad depende de la capacidad de leer el código 2D directamente desde los datos de CT).

2. A continuación, una pieza se inserta en una ubicación del accesorio o en varias partes y su posición se almacena en la base de datos

3. El accesorio completamente cargado se mueve a la máquina de tomografía axial computarizada VoluMax 800 225kV. La capacidad del accesorio está diseñada para contener 36 partes escaneadas en 3 lotes de 12 partes cada una, produciendo 3.9s de rendimiento por pieza.

4. Después de completar el escaneo, se retira el accesorio y se lo reemplaza con uno nuevo que contiene el siguiente lote de 36 piezas.

5. Mientras se escanea el segundo dispositivo, el primer dispositivo se evalúa en paralelo y los resultados completos están disponibles dentro del tiempo de ciclo de la máquina. Durante este tiempo, el volumen de cada parte se separa y mide de forma independiente. Todas las mediciones se realizan en paralelo. Este trabajo simultaneo se realiza no solo en una sola PC, sino también en múltiples PC / nodos informáticos según sea necesario.

6. Todos los resultados son trazables con los números de serie únicos de la pieza.
7. Las partes se pueden clasificar por sistema robótico o personas equipadas con lectores de código de barras. Al leer el número de serie, los resultados de la medición, así como la decisión de si la pieza pasó o no, se proporciona la prueba.

8. Se dispone de información más detallada sobre los comentarios de fabricación, lo que permite realizar diagnósticos rápidos y comprender el rendimiento de la producción para ayudar a facilitar los ajustes necesarios. Si se realiza un seguimiento del número de pieza con los centros de fabricación, se puede crear un mapa claro del rendimiento individual de la celda de fabricación.

Resultados

Pieza de prueba
Para demostrar el proceso, se han mecanizado 36 piezas de aluminio con dimensiones nominales como se muestra en la figura 2. La pieza se diseñó con agujeros, así como aberturas más grandes y más pequeñas para simular los componentes disponibles en el mercado de electrónica de consumo de gran volumen y rápido cambio.

Gráfico 1.

Dispositivo

Como se indicó anteriormente, se han producido un total de 36 partes. Se creó un accesorio personalizado para contener las 36 piezas a la vez. El accesorio se construyó con materiales de baja densidad para reducir su influencia en la calidad de la nube de puntos recolectada. Se escanearon un total de 12 partes al mismo tiempo y se realizaron 3 escaneos para capturar la pila completa de 36 partes. Los parámetros de escaneo se han configurado para producir un tamaño de voxel de 125 µm y un tiempo de escaneo de 48 segundos. Dadas las limitaciones de espacio de esta nota, nos centraremos en un conjunto de 12 partes.

Repetibilidad

El accesorio completamente cargado se escaneó diez veces y el rango máximo de las mediciones, así como el desvío standard fue calculado para cada una de las 12 partes mostradas en la Tabla 1.

Tabla 1.

Rango

El rango se definió tomando las diez mediciones repetidas y calculando la diferencia entre el valor más bajo y el más alto entre las 10 mediciones. Los resultados muestran rangos muy por debajo de 6 µm con solo unas pocas mediciones que cruzan este valor. La parte n° 9 muestra una variación extraña, y con un análisis detallado nos dimos cuenta de que la repetibilidad para la ejecución n° 4 mostraba un comportamiento inusual que únicamente afectaba el resultado. Por lo tanto, la repetibilidad de la pieza n° 9 debe tratarse como atípica.

Gráfico 2

Desvío Standard

Las desviaciones estándar para la mayoría de los casos están dentro del rango de 2 µm y para muchas mediciones incluso por debajo de 1 µm. Nuevamente la parte #9 muestra anormalidad.

LA TOMOGRAFÍA COMPUTARIZADA DE RAYOS X (CT), CAPAZ DE MEDIR LAS
CARACTERÍSTICAS INTERNAS Y EXTERNAS DE LAS PARTES METÁLICAS Y NO METÁLICAS,
OFRECE POSIBILIDADES DE ANÁLISIS DE DATOS SIN PRECEDENTES DEBIDO A LA
RECOPILACIÓN DEL CONJUNTO COMPLETO DE DATOS VOLUMÉTRICOS.

Comparativa con medición en CMM

Para determinar la precisión de las mediciones producidas, decidimos comparar los resultados de medición con una máquina bien establecida, como una MMC táctil. Las primeras cinco partes se seleccionaron para medirse en la CMM (Zeiss Micura con una precisión de 0,7 µm + L / 400) y estas medidas se compararon a continuación. Vale la pena mencionar que debido a la variedad de métodos, los datos recopilados por CMM y CT no son necesariamente recopilados exactamente en la misma ubicación en algunos casos y, por lo tanto, se espera que puedan existir algunas diferencias. Además, las piezas se han producido en varios lotes y, a propósito, se han realizado algunos pequeños cambios en las ubicaciones o tamaños de algunas características. Esas diferencias se muestran claramente tanto por CMM como por CT. Las Figuras 4, muestran la superposición de datos y las diferencias medidas. Se observa que hay un nivel de diferencias muy similar en la mayoría de las dimensiones, excepto en el ancho de la ranura, que solo fue de 3,18 mm. Una abertura tan pequeña será más difícil de medir con una MMC que con una CT, principalmente debido al tamaño de la punta de la sonda.

Medición de Delta

Todos los resultados de medición para las primeras cinco partes de prueba se combinaron en la Tabla 2 y se representaron como un entre ambas mediciones. Como se puede ver, el acuerdo es claramente muy alto y la mayor preocupación de los autores es que las dimensiones medidas por un CMM se basan en la interacción entre la superficie y una sonda mecánica, que funciona más como filtro mecánico. Además, a pesar de las fuerzas de medición muy pequeñas, existe la posibilidad de distorsiones mecánicas ya que las piezas medidas se han fabricado con aluminio de pared relativamente delgada. Por el contrario, las mediciones realizadas por CT deben clasificarse como ópticas, donde la distancia se determina en función de la capacidad de detectar el borde. Como se trata de una técnica de medición sin contacto, no se observará distorsión desde la sonda o desde el sistema de fijación.

Tabla 2

Conclusiones

Para que la Industria 4.0 se implemente con éxito dentro de la fabricación, se necesita una solución de control de calidad flexible y capaz para una inspección del 100%. La retroalimentación a los centros de fabricación conectados debe ser dinámica y precisa. En base a los resultados anteriores, es posible proporcionar dicha retroalimentación para tolerancias de partes de ± 25µm o mayores con un rendimiento de medición de un par de segundos por pieza, a diferencia de los sistemas CT clásicos que podrían necesitar una hora para lograr resultados similares. Este es también un método viable para inspeccionar el 100% de las partes de AM, que puede ser muy complejo e incluir una cantidad significativa de características ocultas inaccesibles para las CMM o los sistemas ópticos clásicos. El mercado de electrónica de consumo en constante cambio requiere una tecnología que se pueda adaptar fácilmente de un producto a otro. Con la capacidad de capturar una parte completa con un solo escaneo, CT ofrece una libertad sin precedentes para definir una estrategia de medición con la capacidad de realizar cambios en el “último minuto”. Asociado con la capacidad de conectar números de serie con resultados de medición, también brinda la capacidad de proporcionar un “pasaporte de calidad” totalmente digital de cada pieza producida.

Más información : www.amsarg.com.ar

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