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La fabricación digital es un enfoque integrado de la fabricación que se centra en un sistema informático [1] . [ cita requerida ] La transición a la fabricación digital se ha vuelto más popular con el aumento en la cantidad y calidad de los sistemas informáticos en las plantas de fabricación. A medida que se utilizan más herramientas automatizadas en las plantas de fabricación, se ha hecho necesario modelar, simular y analizar todas las máquinas, herramientas y materiales de entrada para optimizar el proceso de fabricación. [2] En general, la fabricación digital puede verse compartiendo los mismos objetivos que integrada por ordenador de fabricación (CIM), de fabricación flexible , eficiencia en la fabricacióny diseño para fabricabilidad (DFM). La principal diferencia es que la fabricación digital se desarrolló para su uso en el mundo informatizado.

Como parte de Manufacturing USA , el Congreso y el Departamento de Defensa de los EE. UU. Establecieron MxD (Manufacturing times Digital), el instituto de fabricación digital de la nación, para acelerar la adopción de estas herramientas digitales.

Modelado tridimensional [ editar ]

Los ingenieros de fabricación utilizan software de modelado 3D para diseñar las herramientas y la maquinaria necesarias para las aplicaciones previstas. El software les permite diseñar la distribución del piso de la fábrica y el flujo de producción. Esta técnica permite a los ingenieros analizar los procesos de fabricación actuales y les permite buscar formas de aumentar la eficiencia en la producción incluso antes de que comience la producción.

Simulación [ editar ]

La simulación se puede utilizar para modelar y probar el comportamiento de un sistema. La simulación también proporciona a los ingenieros una herramienta para realizar análisis económicos, rápidos y seguros para probar cómo los cambios en un sistema pueden afectar el rendimiento de ese sistema. [3]

Robcad es un software popular utilizado en la fabricación digital. Se pueden crear y simular modelos de maquinaria automatizada y líneas de producción en tiempo real.

Estos modelos se pueden clasificar en los siguientes: [3]

  • Estático: sistema de ecuaciones en un momento determinado
  • Dinámico: sistema de ecuaciones que incorporan el tiempo como variable
  • Continuo: modelo dinámico donde el tiempo pasa linealmente
  • Discreto: modelo dinámico en el que el tiempo se divide en fragmentos
  • Determinista: modelos en los que se genera una solución única por una entrada determinada
  • Estocástico: modelos en los que se genera una solución utilizando parámetros probabilísticos

Las aplicaciones de simulación se pueden asignar a: [3]

  • Diseño de producto (por ejemplo, realidad virtual)
  • Diseño de procesos (por ejemplo, asistencia en el diseño de procesos de fabricación)
  • Planificación de recursos empresariales

Análisis [ editar ]

Los sistemas de fabricación digital a menudo incorporan capacidades de optimización para reducir el tiempo, los costos y mejorar la eficiencia de la mayoría de los procesos. Estos sistemas mejoran la optimización de los horarios del piso, la planificación de la producción y la toma de decisiones. El sistema analiza la retroalimentación de la producción, como desviaciones o problemas en el sistema de fabricación, y genera soluciones para manejarlos. [4]

Además, muchas tecnologías analizan datos de simulaciones para calcular un diseño óptimo incluso antes de que se construya. [5]

Continúa el debate sobre el impacto de tales sistemas en la fuerza laboral de fabricación. Los modelos econométricos han descubierto que cada robot recién instalado desplaza a 1,6 trabajadores de fabricación en promedio. Esos modelos también han pronosticado que para 2030 hasta 20 millones de trabajos de fabricación adicionales en todo el mundo podrían ser desplazados debido a la robotización. [6]

Sin embargo, otra investigación ha encontrado evidencia, no de pérdida de puestos de trabajo, sino de una brecha de habilidades. [7] La manufactura digital está creando cientos de nuevos trabajos de manufactura centrados en datos - roles como “técnico en robótica colaborativa” y “especialista en sistemas de mantenimiento predictivo” - pero no hay suficientes trabajadores disponibles con las habilidades y la capacitación necesarias para cubrirlos. [8]

Herramientas y procesos [ editar ]

Hay muchos procesos de herramientas diferentes que utiliza la fabricación digital. Sin embargo, todo proceso de fabricación digital implica el uso de máquinas de control numérico computarizado ( CNC ). Esta tecnología es crucial en la fabricación digital, ya que no solo permite la producción en masa y la flexibilidad, sino que también proporciona un vínculo entre un modelo CAD y la producción. [9] Las dos categorías principales de herramientas CNC son aditivas y sustractivas. Los grandes avances en la fabricación aditiva se han producido recientemente y están a la vanguardia de la fabricación digital. Estos procesos permiten que las máquinas aborden todos los elementos de una pieza sin importar la complejidad de su forma. [4]

Ejemplos de herramientas y procesos aditivos [ editar ]

Ejemplo de proceso de fabricación de objetos laminados Fabricación de objetos laminados: dibujo de principio. 1 rollo de suministro. 2 Rollo laminado calentado. 3 Haz de corte láser. 4 Dispositivo de dirección de prisma. 5 láser. 6 Forma laminada. 7 Mesa móvil. 8 Rollo de residuos (con formas recortadas).
  • Estereolitografía : en este proceso, las partes sólidas se forman solidificando capas de un fotopolímero con luz ultravioleta. Existe una amplia gama de acrílicos y epoxis que se utilizan en este proceso. [10]
  • Procesamiento de inyección de tinta : aunque el proceso de inyección de tinta más utilizado se utiliza para imprimir en papel, hay muchos que se aplican en ingeniería. Este proceso implica un cabezal de impresión que deposita capas de material líquido sobre un polvo de relleno con la forma del objeto deseado. Una vez saturado el polvo, se agrega continuamente una nueva capa de polvo hasta que se construye el objeto. Otro proceso de deposición de gotas de material menos conocido utiliza un material de construcción y soporte para producir un modelo 3D. El material de construcción es termoplástico y el material de soporte es cera. La cera se derrite después de que se imprime el modelo en capas. Otra técnica similar utiliza la fabricación basada en gotas (DBM) para construir modelos termoplásticos sin soporte con posicionamiento de caída de 5 ejes [11]
  • Sinterización y fusión por láser : este proceso utiliza el calor producido por láseres infrarrojos para unir un material en polvo para formar una forma sólida.
  • Curado de suelo sólido : se extiende una capa de fotopolímero líquido sobre una plataforma. Se genera una máscara óptica y se coloca sobre el polímero. Una lámpara UV cura la resina que no está bloqueada por la máscara. Se elimina cualquier líquido restante y los huecos se rellenan con cera. Se esparce resina líquida sobre la capa que se acaba de producir y se repite el proceso. Cuando la pieza está terminada, la cera se puede derretir de los huecos.
  • -Laminado de objetos de fabricación - Un material de lámina se coloca sobre una plataforma y un láser corta el contorno deseado. La plataforma se baja un grosor de hoja y se coloca una nueva hoja con una capa de adhesivo térmico entre las dos hojas. Un rodillo calentado presiona las hojas juntas y activa el adhesivo. El láser corta los contornos de esta capa y se repite el proceso. Cuando la pieza está terminada, se debe retirar el material de hoja sobrante alrededor del perímetro de la pieza. La parte final está cubierta con sellador. [10]
  • Fabricación de filamentos fundidos : FFF es la forma más utilizada de impresión 3D. El material termoplástico se calienta un poco más allá de la solidificación y se extruye sobre una plataforma en la forma deseada. La plataforma se baja y la siguiente capa se extruye sobre la capa anterior. El proceso se repite hasta que se completa la pieza. [10]

Ejemplos de herramientas y procesos sustractivos [ editar ]

Una cortadora de chorro de agua CNC es un ejemplo de los tipos de herramientas controladas por computadora que son esenciales para la fabricación digital.
  • Water Jet Cutting - Un cortador de chorro de agua es una herramienta CNC que utiliza una corriente de alta presión de agua, a menudo mezclado con un material abrasivo, a formas cortadas o patrones de muchos tipos de materiales.
  • Fresado : una fresadora CNC utiliza una herramienta de corte rotacional para eliminar material de una pieza de stock. El fresado se puede realizar en la mayoría de los metales, muchos plásticos y todo tipo de madera.
  • Torno : un torno CNC elimina material girando la pieza de trabajo mientras una herramienta de corte estacionaria se pone en contacto con el material.
  • Corte por láser : una cortadora láser es una herramienta CNC que utiliza un rayo láser enfocado para cortar y grabar material en hojas. El corte se puede realizar en plásticos, maderas y en máquinas de mayor potencia, metal. Recientemente, los cortadores láser de CO2 asequibles se han vuelto populares entre los aficionados.

Beneficios [ editar ]

  • Optimización de un proceso de fabricación de piezas. Esto se puede hacer modificando y / o creando procedimientos dentro de un entorno virtual y controlado. Al hacer esto, el uso de nuevos sistemas robóticos o automatizados se puede probar en el procedimiento de fabricación antes de implementarse físicamente. [2]
  • La fabricación digital permite crear virtualmente todo el proceso de fabricación antes de implementarlo físicamente. Esto permite a los diseñadores ver los resultados de su proceso antes de invertir tiempo y dinero en la creación de la planta física. [2]
  • Los efectos causados ​​por el cambio de máquinas o procesos de herramientas se pueden ver en tiempo real. Esto permite tomar información de análisis para cualquier pieza individual en cualquier punto deseado durante el proceso de fabricación. [2]

Tipos [ editar ]

Bajo demanda [ editar ]

  • La fabricación aditiva - la fabricación aditiva es el "proceso de unir materiales para fabricar objetos de datos del modelo 3D, por lo general una capa sobre otra." [12] La fabricación aditiva digital está altamente automatizada, lo que significa menos horas de trabajo y utilización de la máquina y, por lo tanto, un costo reducido. [13] Al incorporar datos de modelos de fuentes abiertas digitalizadas, los productos se pueden producir de forma rápida, eficiente y económica. [14]
  • Fabricación rápida: al igual que la fabricación aditiva, la fabricación rápida utiliza modelos digitales para producir rápidamente un producto que puede tener una forma complicada y una composición de material heterogénea. La fabricación rápida utiliza no solo el proceso de información digital, sino también el proceso físico digital. La información digital gobierna el proceso físico de agregar material capa por capa hasta que el producto está completo. Tanto la información como los procesos físicos son necesarios para que la fabricación rápida sea flexible en diseño, barata y eficiente. [15]

Diseño y fabricación basados ​​en la nube [ editar ]

El diseño basado en la nube (CBD) se refiere a un modelo que incorpora sitios de redes sociales, computación en la nube y otras tecnologías web para ayudar en los servicios de diseño en la nube. Este tipo de sistema debe estar basado en computación en la nube, ser accesible desde dispositivos móviles y debe poder administrar información compleja. Autodesk Fusion 360 es un ejemplo de CBD. [dieciséis]

Fabricación basada en la nube (CBM) se refiere a un modelo que utiliza el acceso a información abierta de varios recursos para desarrollar líneas de producción reconfigurables para mejorar la eficiencia, reducir costos y mejorar la respuesta a las necesidades del cliente. [16] Varias plataformas de fabricación en línea [17] permiten a los usuarios cargar sus archivos 3D para el análisis DFM y la fabricación.

Ver también [ editar ]

  • Moldeo por inyección
  • Creación rápida de prototipos

Referencias [ editar ]

  1. ^ "Fabricación digital: la fábrica del futuro está aquí hoy, en: IndustryWeek" . 10 de enero de 2017.
  2. ^ a b c d "Gestión del ciclo de vida del producto PLM" .
  3. ↑ a b c Mourtzis, Dimitris (2015). "El papel de la simulación en la fabricación digital: aplicaciones y perspectivas". Revista Internacional de Fabricación Integrada por Computadoras .
  4. ↑ a b Bredt, James (17 de noviembre de 2000). "Fabricación digital". Tecnologías críticas para el futuro de la informática . 150 .
  5. ^ https://www.parc.com/services/focus-area/manufacture/
  6. ^ https://cdn2.hubspot.net/hubfs/2240363/Report%20-%20How%20Robots%20Change%20the%20World.pdf?utm_medium=email&_hsenc=p2ANqtz--S_yv5LZTWzdC5IER_NtSl3PcknlmRKCRLWkiY7DXoc24tLeHNQmxbfIluLCA4PrkWMen4_J_hWSH49WG3OQvHF61Jlg&_hsmi=74013545&utm_content=74013545&utm_source=hs_automation&hsCtaTracking=07b1855a-24f4 -4b99-bcb8-b0d2a13b715e% 7C53b7a48e-9591-4179-8eab-694443190b4f
  7. ^ https://www2.deloitte.com/us/en/insights/industry/manufacture/future-of-work-manufacture-jobs-in-digital-era.html
  8. ^ https://www.mxdusa.org/projects/jobs-taxonomy-defining-man manufacturing- jobs- of- the-future/
  9. ^ Chryssolouris, G (20 de junio de 2008). "Fabricación digital: historia, perspectivas y perspectivas". Revista de fabricación de ingeniería .
  10. ↑ a b c Lee, Kunwoo (1999). Principios de los sistemas CAD / CAM / CAE . Reading, MA: Addison-Wesley.
  11. ^ Cooper, Kenneth G., 1973- (2001). Tecnología de prototipado rápido: selección y aplicación . Nueva York: Marcel Dekker. págs. 27, 34. ISBN 0-8247-0261-1. OCLC  45873626 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  12. ^ Huang, Samuel (julio de 2013). "Fabricación aditiva y su impacto social: una revisión de la literatura". Revista internacional de tecnología de fabricación avanzada .
  13. ^ Hon, KKB (1 de julio de 2007). "Fabricación aditiva digital: de la creación rápida de prototipos a la fabricación rápida". Actas de la 35ª Conferencia Internacional MATADOR 2007 .
  14. ^ "Fabricación digital directa: el revolucionario industrial del que nunca ha oído hablar" . 2001-11-30.
  15. ^ Yan, Yongnian (junio de 2009). "Tecnología de fabricación y creación rápida de prototipos: principio, técnicas representativas, aplicaciones y tendencias de desarrollo". Ciencia y Tecnología de Tsinghua . 14 .
  16. ^ a b Wu, Dazhong; Rosen, David W .; Wang, Lihui; Schaefer, Dirk (2015). "Diseño y fabricación basados ​​en la nube: un nuevo paradigma en la fabricación digital y la innovación en el diseño" (PDF) . Diseño asistido por computadora . 59 : 1-14. doi : 10.1016 / j.cad.2014.07.006 .
  17. ^ "Geomiq - Fabricación en línea para CNC, moldeo por inyección, chapa" . Geomiq . Consultado el 8 de marzo de 2020 .