Nuevas alternativas en robots multi-eje para el moldeo plástico por inyección

Antes de adquirir un automóvil, el comprador se plantea las ventajas de la tracción a las cuatro ruedas frente a la de dos ruedas, o si un modelo presenta más espacio para los pies que otro. El comprador realmente no se pregunta si un coche es mejor que otro, sino que intenta analizar qué vehículo es más fácil de manejar en caso de heladas, o cuál será más cómodo para una persona alta. Lo mismo sucede cuando un profesional de la inyección de plásticos se pregunta por distintas configuraciones de robots. Hoy en día hay tanta oferta que es importante comprender las ventajas e inconvenientes de cada diseño.

ROBOTS PARA MOLDEO POR INYECCIÓN

El robot cartesiano de 3 ejes, también denominado “robot de tipo pórtico”, es el más habitual en la automatización de máquinas de inyección de plástico. A diferencia de los robots de brazo articulado de 6 ejes y de otros dispositivos más sencillos como los robots SCARA, que pueden utilizarse en casi cualquier aplicación industrial, los robots cartesianos están configurados sobre todo para responder a las necesidades concretas de la inyección de plástico. Los robots cartesianos deben su nombre al filósofo y matemático francés René Descartes, que fue el primero en utilizar los tres ejes de coordenadas X, Y y Z para definir el espacio. Estos robots cuentan con un eje Z vertical que les permite acceder al espacio entre las dos mitades del molde, un eje X definido como horizontal, que normalmente va desde una zona por encima del molde hasta un punto fuera de la máquina y, finalmente, un eje Y que mueve el brazo vertical en línea con la máquina para extraer piezas del molde o colocarlas fuera de la zona del molde. Si solo precisamos de un robot que extraiga una pieza de una máquina de inyección en un ciclo repetible y rápido, probablemente sea suficiente con un robot de 3 ejes. Pero si necesitamos que el robot ofrezca algo más, como opciones de manipulación adicional dentro del molde o fuera de la máquina, entonces tenemos que empezar a pensar en robots avanzados de 3, 5 o 6 ejes. En el otro extremo de la oferta tenemos los robots poliarticulados de 6 ejes, que tienen un brazo similar al humano en muchos aspectos; por ejemplo, puede rotar sobre su base igual que nuestro brazo lo hace alrededor del hombro. Puede doblarse por la mitad, como un codo, y presenta una muñeca que puede rotar y mover la mano arriba y abajo. Así, un robot de brazo articulado puede recoger un objeto desde casi cualquier ángulo y en cualquier punto a su alcance. Algunos de estos movimientos se han incorporado en los robots de 3 ejes utilizando actuadores neumáticos. Esto es lo que Sepro denomina rotaciones R1 y R2, que mueven la “muñeca” de 0° a 90° o de 0° a 180° sin paradas intermedias. No obstante, dependiendo de cuánta automatización adicional incluya la célula productiva (vibradores de insertos, o dispositivos de medición, desbarbado, soldadura o decoración, etc.), la incorporación de rotaciones neumáticas a un simple robot de 3 ejes, puede permitir su inclusión en sistemas automatizados bastante complejos.

ROBOTS DE 5 EJES SERVO

En octubre de 2012, Sepro presentó sus robots 5X Line con 5 ejes de movimiento servoaccionados. Ofrecen muchas de las capacidades de manipulación de piezas de los robots articulados de 6 ejes, pero con una configuración que les resultará familiar a aquellos que hayan utilizado robots de 3 ejes. Los ejes X, Y y Z son iguales. La diferencia está en la muñeca servoaccionada al final del brazo vertical. También encontramos los movimientos R1 y R2, pero en lugar de desplazarse totalmente de 0° a 90° o de 0° a 180°, la muñeca servoaccionada puede describir cualquier fracción de esos giros en cualquier momento, pudiendo ejecutar todos los movimientos al mismo tiempo. De hecho, el robot puede moverse por los 5 ejes en cualquier momento y de forma totalmente controlada. El secreto está en el servoaccionamiento. Con accionamiento neumático, una válvula se abre para permitir que la presión del aire mueva la muñeca, que seguirá desplazándose hasta alcanzar un final de carrera que hará que la válvula se cierre y cortará la alimentación. Con un servomotor, por otro lado, tenemos un encoder que detecta de forma precisa y en todo momento dónde se encuentra. El sistema de control puede integrar las señales de posicionamiento de los servomotores de los 5 ejes para saber exactamente el punto donde se encuentran la mano y la pieza en cada momento. Esto permite al robot realizar movimientos complicados con gran precisión y una repetitividad perfecta. Si tenemos una pieza compleja que no puede extraerse directamente del molde en línea recta o si contamos con poco espacio entre las mitades del molde o las columnas, puede ser necesario rotar una pieza antes de extraerla de la máquina. La muñeca servoaccionada puede realizar estos movimientos multi-eje igual que lo harían la muñeca y la mano humanas, pero a mucha mayor velocidad y de forma mucho más precisa. Una vez que la pieza está fuera del molde, es posible que necesitemos realizar operaciones secundarias, como aplicarle un adhesivo o ensamblarla, o flamear los bordes para eliminar rebabas. Sin soltar la pieza, el robot de 5 ejes puede hacerla pasar con precisión por una llama fija o un cabezal de encolado. Esto resulta mucho más eficiente que si lo hace un operario o que si tenemos que colocar la pieza en otra instalación para que otro sistema de automatización realice las tareas secundarias. Los actuales robots cartesianos de 5 ejes servoaccionados presentan la ventaja de una gran velocidad de entrada, lo que permite ciclos más cortos, además de la flexibilidad dentro y fuera del molde, propia de un robot de brazo articulado. Así pues, estos robots de 5 ejes pueden llevar a cabo muchas de las complejas tareas de manipulación de piezas que históricamente estaban asignadas a los robots de 6 ejes.

ROBOTS DE 6 EJES

Una de las mayores preocupaciones a la hora de utilizar robots de 6 ejes en el moldeo por inyección es la complejidad de su programación y sus sistemas de control. Hasta el movimiento más sencillo de uno de estos brazos requiere la coordinación de varias articulaciones. Algunos profesionales consideran que es necesario contar con personal especialmente formado para realizar la programación y el mantenimiento de estos robots. Esto cambió hace un año cuando, al tiempo que presentaba los robots cartesianos 5X Line, Sepro también presentó los robots  6X Line, adaptados para poder utilizar los mismos sistemas de control VISUAL que en los robots cartesianos. Usando la programación del “Módulo de descarga simple”, el usuario solo tiene que identificar paso a paso los distintos puntos y posiciones en el ciclo del robot (recogida, inspección de calidad, descarga, apilado, etc.). A continuación, el operario manualmente “enseña” al robot el recorrido entre cada punto y la trayectoria (recta o curvilínea) se calcula automáticamente. De esta forma, a los profesionales del moldeo por inyección les resultará mucho más sencillo que antes programar y operar los robots de 6 ejes. Ahora, para evaluar configuraciones cartesianas y de brazo articulado, solo tendrán que pensar en qué es lo mejor para su aplicación.

VENTAJAS E INCONVENIENTES

La gran diferencia entre los robots de 5 y 6 ejes estriba en el alcance de 360°. Los robots cartesianos solo pueden moverse en paralelo o perpendicular con respecto a la máquina de inyección. Si alargamos la viga podemos obtener mayor alcance lateral y, si instalamos los robots en una configuración axial (con la viga del eje X extendiéndose a lo largo de la parte superior de la máquina), estos podrán descargar las piezas al final de la máquina, lo que permitiría colocar las prensas más juntas y optimizar el espacio. Los robots cartesianos normalmente se montan encima del plato fijo, lo cual les impide llegar hasta el extremo de inyección de la prensa. Los robots de 6 ejes, por su parte, abarcan un espacio de trabajo mayor, ya que presentan el mismo alcance en todas las direcciones. Dado que no se suelen montar sobre la prensa de inyección, a diferencia de los robots cartesianos, pueden ser la única solución viable para plantas con altura limitada. Además, al entrar normalmente en el molde desde el lateral en lugar de hacerlo desde arriba, como sucede con los robots cartesianos, los robots de brazo articulado pueden ser más adecuados para el moldeo por inserción con pinza vertical. Su movimiento no se ve limitado por la pinza vertical y pueden llegar fácilmente a varias estaciones en las mesas rotativas que solemos encontrar en este tipo de máquinas. No obstante, en otras circunstancias, sus ventajas pueden convertirse en limitaciones. El montaje en suelo es adecuado cuando la altura de los techos es baja, pero puede ser un problema si el espacio alrededor de la máquina es limitado. La entrada lateral normalmente obliga a colocar los robots de 6 ejes en la parte posterior de la prensa, donde no interfieren en el acceso al panel de control por parte del operador, mientras que con un robot cartesiano es más fácil acceder a cualquiera de los lados de la máquina. La velocidad de los robots de 6 ejes se ha visto incrementada en los últimos años hasta el punto que muchos movimientos resultan comparables, pero los robots cartesianos siguen considerándose más rápidos a la hora de entrar y salir del molde para recoger piezas. Esto puede ser un factor determinante en algunas aplicaciones con ciclos cortos. Por último, hay que tener en cuenta el coste. En general, un robot cartesiano, incluso añadiéndole una muñeca servoaccionada, costará alrededor de un 30% menos que una unidad de brazo articulado. Ninguno de estos factores implica que una configuración sea mejor o peor que la otra. Realmente depende de las condiciones precisas de cada planta de inyección y de cada aplicación concreta. En algunos casos, incluso se combinan robots cartesianos con robots de 6 ejes. El robot cartesiano se coloca por encima de la máquina para recoger la pieza y llevarla hasta el robot 6 ejes, que se encarga de las operaciones secundarias. Puede que esta configuración sea la ideal para ciclos de inyección relativamente cortos con muchas aplicaciones posteriores, complicadas o lentas. Gracias a la nueva tecnología de Sepro, sus colaboradores y proveedores, hoy los profesionales de la inyección de plásticos cuentan con una oferta más amplia que nunca en lo relativo a la automatización de procesos. Sin embargo, una mayor variedad en la oferta también hace que sea más difícil decidir cuáles son las características y capacidades que se necesitan en cada caso. Por lo tanto, al igual que acudimos a un profesional experto y reputado para ayudarnos a elegir un coche, es importante pedir asesoramiento a un proveedor de confianza para ayudarnos a elegir un robot adaptado a nuestras necesidades. Scott Kendrick, Project Manager de Sepro Robotique