30 años automatizando la industria plástica

El sector de automatización es uno de los que más avances ha visto en las últimas tres décadas. Gracias a las grandes innovaciones en robótica y sistemas de control, la productividad, confiabilidad y ante todo la complejidad posible en la industria plástica han crecido significativamente. Estos avances han guiado a lo que se conoce como la nueva revolución industrial: la “Industria 4.0”, donde se apuesta a que los sistemas de control se auto-regulen y la intervención humana se minimice.

El despliegue en sistemas automatizados es evidente en las ferias de la industria plástica, donde las celdas de manufactura juegan hoy en día un papel predominante. Ya no hablamos de que se presente una máquina de transformación de plásticos sola para que el usuario piense para qué le podría servir; hoy en día los proveedores de tecnología se asocian para presentar soluciones que le dan al procesador opciones completas. Podríamos decir, por ejemplo, que ya no se vende una inyectora en el mercado, sino se vende más bien una jeringa completamente ensamblada, si hablamos del sector médico. O una tapa multi-componente, con selle e impresión, si hablamos del sector de empaque. Estos avances han sido en gran medida posibles gracias a los desarrollos en comunicación entre unidades productivas (máquina de soplado o inyección, ensamble, impresión, etc.).

Los expertos coinciden en afirmar que la clave para reducir costos por pieza es lograr una automatización a la medida. Los costos de uso de energía, el incremento de la calidad, la productividad, y ante todo evitar rechazos son temas que cobran cada vez más importancia en cualquier planta de procesamiento alrededor del mundo.

Debido a los altos costos de inversión iniciales, la automatización no suele concebirse como la primera alternativa para reducir costos. Sin embargo, con frecuencia esta inversión suele amortizarse en periodos de tiempo muy cortos.

Robots

Los avances en sistemas de agarre, transporte y la velocidad de desplazamiento se han incrementado de manera significativa. Otro gran desarrollo que ha habido en los robots ha sido el incremento de proveedores, y también el amplio abanico de precios que hoy en día hay disponible.

Actualmente los diseños de robots varían y se actualizan para expandir la carga disponible en el brazo, así como el recorrido de desplazamiento. Además de contar con robots de proveedores como Kuka y Fanuc, quienes trabajan para varias industrias, en las últimas tres décadas proveedores de maquinaria de procesamiento primario, como Wittmann Battenfeld, Engel, Arburg y Boy han lanzado modelos propios. El objetivo en este caso es ofrecer sistemas “llave en mano”, donde la integración con el resto del sistema de producción esté garantizada.

En la última década se han desarrollado tecnológicamente las soluciones de robots de seis ejes. Sin embargo, son los robots de cinco ejes los que actualmente gozan de mayor crecimiento en demanda. Sepro Robotique, de Francia, explica que los robots de cinco ejes son más capaces que el estándar de tres ejes, y sin embargo ofrecen una alternativa más efectiva en costos que los modelos de seis ejes. El robot Sepro 5X, por ejemplo, añade dos movimientos giratorios a los tres ejes cartesianos. Algunos procesadores se deciden hoy por esta alternativa, aunque no las necesiten, porque les da más flexibilidad para el futuro.

Las tendencias de desarrollos en robots buscan incrementar la precisión y la flexibilidad en el agarre, así como el posicionamiento post-moldeo. Es posible cargar varios insertos a altas velocidades, o realizar múltiples movimientos para desmoldar piezas complejas en un espacio reducido de molde. Para este tipo de tareas es importante contar con más de tres ejes.

Los motores servo también han visto un gran crecimiento en la última década. La opción servo permite agarrar piezas a cualquier ángulo, a diferencia de un brazo neumático. También ofrece el beneficio de acoplarse a otros movimientos servo-impulsados, en sincronización con otros movimientos del sistema de producción. El servo también permite adaptarse a diferentes moldes y máquinas. Es posible reprogramar movimientos servo a través de software, para acomodarse a necesidades específicas que probablemente no venían incluidas en la programación inicial. La posición puede controlarse con un codificador de posición, que reconoce exactamente dónde se encuentra el eje en cada momento. Una ventaja adicional de los sistemas de impulso tipo servo es la limpieza en la operación, que hace posible incorporarlos a celdas de manufactura en el sector médico.

Decoración dentro del molde

Cuando se habla de automatización en la industria plástica, la tecnología de decoración en el molde merece un capítulo aparte. Particularmente el etiquetado en el molde (IML, “in mold labeling”) es un método que ha marcado pautas en cuanto a calidad, seguridad, durabilidad y presentación de productos moldeados (y ante todo de empaques).

Lo más destacable del desarrollo de la tecnología de etiquetado en el molde ha sido la llegada de nuevos competidores, que han puesto en jaque el mercado europeo y que han hecho a los proveedores buscar alternativas competitivas en precio. Esto ha favorecido la entrada de este tipo de soluciones a mercados emergentes.

Actualmente los desarrollos en tecnología de IML se concentran en reducir la ocupación en piso y en incrementar la flexibilidad de los procesos y tamaños de envases que pueden decorarse. También se ha trabajado en disminuir el tiempo de cambios entre productos, y hoy en día es posible inyectar desde adentro y afuera utilizando solamente un sistema de automatización. Este tipo de solución, sin precedentes en la industria, fue presentada en la pasada feria Fakuma 2014 por el fabricante alemán Waldorf Technik Gmbh & Co.

Beck Automation, de Suiza, por su parte, ha logrado reducir el tiempo de apertura de molde a través del cambio de orientación de 2+2 a 4 en línea durante la extracción.

Las etiquetas para IML también han evolucionado. El estado del arte es la impresión de efectos metálicos, que permiten mantener el “look” de una pieza cuando se reemplaza metal por plástico. La empresa holandesa Verstraete IML ofrece este tipo de tecnología, así como etiquetas impresas por ambos lados, para que se vean también desde el interior del empaque, cuando éste se fabrica en plástico transparente. Adicionalmente se suministran etiquetas que pueden operar como barrera al oxígeno, o etiquetas translúcidas “no-label”, en las que parece que las letras o figuras flotaran, y la etiqueta no se nota.

También ha avanzado el IML en pared delgada. Netstal presentó en la NPE una aplicación en la que es posible etiquetar en el molde pared delgada donde la relación de longitud de flujo a espesor es de 300:1. La clave de esta tecnología está en el centrado de la pared delgada, para evitar que el núcleo se desplace por diferencias en viscosidad y presión durante el llenado.

Celdas de manufactura

Una de las grandes revoluciones de los últimos tiempos ha sido el concepto de celdas de producción o celdas de manufactura. Este tipo de tecnología responde a una tendencia global hacia el incremento de la complejidad y la personalización de los productos. Ahora se busca reducir el costo a través de la integración de varios procesos de ensamble y decoración dentro de una sola celda. También se busca la sinergia entre materiales de diferente naturaleza, como plástico, metal y silicona, que se combinan en un solo producto para lograr efectos que no se podían lograr con un solo material.

En comparación con las ferias de hace quince o veinte años, hoy todos los grandes proveedores de maquinaria cuentan en su stand con celdas de manufactura integradas. Los proveedores de molde, de tecnología de automatización y los fabricantes de equipo de procesamiento primario y secundario trabajan en llave para ofrecer alternativas que se acomoden de manera óptima a los requerimientos cada vez más complejos de los sectores de industria de transporte, sector médico y empaque.

Durante su presentación en la NPE, Arburg exploró el tema de individualizar productos produciendo en masa. En este caso se fabricaron carros de juguete modelo buggy, con estaciones independientes unidas por el sistema de computador “host” Arburg ALS, que registra todos los parámetros y los transmite a un servidor web. El proceso inicia con una tarjeta de chip personalizada que se lee por la celda del control Selogica. En el siguiente ciclo, el buggy correspondiente es moldeado y se marca un código laser individual en su techo. Un robot lineal Multilift remueve y ensambla el buggy. El producto se revisa para verificar que la operación sea correcta, y el código puede leerse en un dispositivo móvil, donde puede trazarse al 100% la información de proceso.

Engel exhibió, también en la NPE, una celda de manufactura compleja en la cual se hacen cámaras de goteo con un filtro integrado para transfusiones de sangre. Una Engel E-victory  310H de tres componentes con diseño para cuarto limpio fabrica los componentes en ABS y PP, inserta el filtro y une los componentes moldeando PP en la unión. Este proceso es más eficiente que moldear el ABS y PP por separado, y después unirlo en una operación adicional. Un robot articulado Engel easix recibe los filtros y hace un control de calidad.

MGS Mfg Group presentó una celda para el ensamblado en el molde de un cierre con tapa, con un sello incluido. En este caso se utiliza una prensa híbrida 160 KraussMaffei CX con un canal caliente valvulado Husky de tres componentes. El primer componente es el sello, de TPE. El segundo componente es la tapa de PP, y el tercer componente es un tabique, también de TPE. MGS añade una unidad de inyección vertical UMS E Micro, servo impulsada, con un tornillo de 8 mm y una unidad de inyección UMS Micro 10 M montada horizontalmente, con un tornillo de 8 mm, para introducir el sello de TPE.

El sistema también cuenta con una placa rotatoria servo-impulsada de cuatro estaciones, también de MGS, que tiene incrementos de rotación de 90°C y un tiempo de indexado inferior a 0.8 segundos. El desenrosque de la tapa se hace dentro del molde, mientras aún está cerrado y durante el tiempo de ciclo, con lo que se ahorra tiempo de ciclo total. Además se obtiene una expulsión neumática de la pieza en forma simultánea con la apertura de molde y el indexado de la mesa rotatoria.

También en la NPE Wittmann Battenfeld presentó una celda de manufactura para la fabricación de una brida de combustible que combina nylon relleno con fibra de vidrio y PEAD, utilizando una máquina de dos componentes Eco-Power totalmente eléctrica.

Artículo proveniente de la revista impresa con el código Tp3002-automatización.