Un proveedor de sistemas de fabricación aditiva transforma el suministro de piezas diseñando una impresora en 3D industrial en pocas semanas

Reducción de los plazos de piezas complejas

Schubert Additive Solutions (Schubert Additive) forma parte del grupo Schubert, con sede en Crailsheim (Alemania). Es uno de los principales fabricantes de maquinaria y soluciones de envasado. El grupo diseña y fabrica máquinas de envasado digitales y robotizadas. Se centra en la interacción entre la mecánica simple, la tecnología de control inteligente y la modularidad escalable. El grupo Schubert (Schubert) ofrece soluciones listas para usar de envasado primario y secundario para una amplia gama de industrias, como la farmacéutica, cosmética, alimentación y bebidas, repostería y productos técnicos.

Las aplicaciones de envasado suelen requerir piezas y conjuntos complejos en pequeñas cantidades. En consecuencia, Schubert fue uno de los primeros en adoptar las tecnologías de fabricación aditiva. Desde 2012, utiliza el sinterizado selectivo por láser (SLS) para producir piezas complejas que pueden sustituir ensambles formados por hasta 190 piezas mecanizadas.

Las pinzas robóticas diseñadas a medida son una aplicación obvia de fabricación aditiva para adaptar el producto al envase. «Estos componentes clave de las soluciones de envasado robotizado de Schubert deben estar disponibles rápidamente como piezas de recambio o para posibilitar cambios de producto», afirma Conrad Zanzinger,
director técnico de Schubert Additive. «Aunque se producían en equipos de fabricación aditiva, tardaban varios días en llegar a donde se necesitaban».

De ahí surgió la idea de aprovechar la digitalización para reducir considerablemente los plazos de entrega de los componentes de fabricación aditiva invirtiendo la cadena de suministro. Schubert Additive encontró en el software NX™ de Siemens Digital Industries Software una completa solución de diseño a fabricación que le permitió lograrlo. La empresa pudo transformar el suministro de piezas diseñando una impresora en 3D industrial en pocas semanas y redujo en un 90 % el plazo de entrega de las piezas.

Schubert Additive utilizó NX para crear Partbox, una impresora en 3D industrial capaz de una precisión dimensional de ±0,1 mm. En colaboración con un fabricante de plásticos, también crearon un material de filamento que debían utilizar para obtener resultados óptimos.

Diseño de una impresora en 3D industrial

«La mayoría de las piezas necesarias puede producirse en material plástico con impresión en 3D mediante fabricación con filamento fundido, una tecnología probada que se utiliza desde hace años», señala Zanzinger. «Schubert Additive se fundó para que los clientes pudieran recibir los datos de fabricación digital de las piezas encargadas y producirlas in situ mediante fabricación aditiva de calidad industrial mediante pago por uso».

Antes de que esto fuera factible, Schubert Additive tuvo que superar varios obstáculos. Una era la calidad y la fiabilidad del equipo de impresión en 3D. «Al principio, utilizamos impresoras en 3D estándar de un fabricante líder», explica Zanzinger. «Lamentablemente, esta opción no satisfizo nuestras expectativas». Estos productos carecían de estabilidad mecánica y calidad de impresión. No producían piezas fiables con la precisión dimensional y la calidad superficial requeridas. Además, necesitaban una cantidad de atención inaceptable en el contexto de un uso ocasional en un entorno de producción industrial.

Para cumplir estos requisitos, Schubert Additive utilizó NX, que forma parte de la plataforma empresarial Siemens Xcelerator de software, hardware y servicios, para crear Partbox, una solución de impresora en 3D totalmente nueva. Incluye software de diseño asistido por ordenador (CAD), fabricación asistida por ordenador (CAM) y programación de control numérico (NC) para el diseño de herramientas y accesorios, control de calidad de piezas, programación de robots, planificación de líneas de producción y fabricación aditiva.

Como los ingenieros de Schubert Additive iban justos de tiempo, la combinación NX de herramientas de software especializadas con una coherencia total de la información resultó muy útil. «Al utilizar NX para crear y verificar el gemelo digital de Partbox, nuestros ingenieros de diseño pudieron completar su tarea en cuestión de semanas, pese a las difíciles condiciones de trabajo durante la pandemia de la COVID»,
sostiene Zanzinger. «Fue muy útil el hecho de tener una única interfaz de usuario para el diseño mecánico y la verificación, la generación de programas y las tareas propias de la fabricación aditiva».

Para lograr la estabilidad y la fiabilidad requeridas, los ingenieros de Schubert Additive aprovecharon las herramientas de optimización del diseño, topología y preparación de la construcción incorporadas en NX para fabricación aditiva. Esto incluía software de corte, que ya habían utilizado con su impresora en 3D comercial. Al cambiar a NX, no hubo que modificar la programación.

Siemens Additive Manufacturing Network se utiliza para recibir datos CAD para reingeniería aditiva y se integra perfectamente en el sistema operativo de Partbox (imagen cortesía de Thorsten Hiller).

Un entorno de fabricación aditiva global

«Utilizar las herramientas de diseño de vanguardia y las operaciones especializadas de fabricación aditiva de NX también facilita a los proveedores de piezas la remodelación de diseños convencionales para fabricación aditiva», afirma Zanzinger. «Esto aumenta la disponibilidad de piezas de esta modalidad, incluso si originalmente se han creado para fabricación convencional». La asociatividad y la reproducibilidad fluidas reducen la necesidad de importar y exportar archivos o, incluso, de recrear diseños. De este modo, se reducen considerablemente el tiempo necesario y los errores de conversión.

Otro obstáculo que el equipo de Schubert Additive tuvo que superar fue la seguridad; en concreto, para proteger la propiedad intelectual de los diseñadores de las piezas. «Transferir archivos al cliente estaba descartado del todo», asegura Zanzinger. «Teníamos que encontrar una forma segura de transmitir los trabajos de impresión certificados directamente a Partbox sin almacenar los datos donde se pudieran recuperar de forma no autorizada».

Para vencer este obstáculo, los ingenieros de Schubert Additive crearon el sistema operativo Partbox, que incluye archivos CAD para rediseño, que se reciben a través de Siemens Additive Manufacturing Network. Como almacén digital online, este sistema operativo permite a los clientes obtener licencias de impresión en lugar de piezas reales de los fabricantes de piezas. Estas licencias en forma de Certified Printing Jobs® (CPJ) son el ADN técnico del sistema. Se transmiten a la impresora seleccionada a través de la conectividad de evolución a largo plazo (LTE), por lo que las impresoras Partbox no necesitan infraestructura de red ni integración con redes corporativas.

El sistema operativo Partbox es abierto; así pues, los clientes no tienen restricciones al elegir proveedores. También pueden cargar sus propios trabajos de impresión de piezas o fijaciones, y almacenarlos en la plataforma de transmisión de piezas para imprimirlos en el lugar y el momento en que los necesiten. De este modo, pueden reducir el inventario manteniendo una alta disponibilidad de piezas. Comprar CPJ en lugar de piezas y producirlas localmente en impresoras en 3D Partbox es más sostenible porque evita la contaminación derivada del transporte. También ahorra tiempo al eliminar procesos, gastos de envío y trámites aduaneros.

La producción de piezas a la carta de Partbox suele tardar un día, incluido un rediseño compatible con fabricación aditiva, frente a 1,5 semanas, incluido el envío. Esto supone una reducción de más del 90 %. En el caso de piezas de recambio, puede ser la diferencia entre un funcionamiento ininterrumpido y varios días de inactividad. «Utilizamos nuestra transformación digital para revolucionar la distribución y producción de piezas», afirma Zanzinger. «Gracias a la coherencia integral de los datos en todos los componentes de NX, pudimos enhebrar un hilo digital a través de todos los aspectos de este proceso que cambia las reglas del juego».

El uso de la fabricación aditiva redujo la complejidad de las piezas de una pinza de vacío para envases de porciones de nata para el café de 192 piezas torneadas, 18 complejas piezas fresadas y 1024 tornillos a tres piezas y ocho tornillos, y redujo el tiempo de ensamble de un día a 10 minutos.