Células de soldadura semiautomáticas

La soldadura totalmente automatizada no suele ser ideal para todas las aplicaciones. Foto cortesía de Hirebotics LLC

Esta celda robótica preconfigurada está diseñada para ayudar a los fabricantes a abordar la escasez de mano de obra. Foto cortesía de Acieta LLC

Los fabricantes de diversas industrias están invirtiendo en sistemas de soldadura colaborativos. Foto cortesía de Hirebotics LLC

Los robots colaborativos permiten que humanos y máquinas trabajen en estrecha proximidad. Foto cortesía de Universal Robots

Las celdas de trabajo de soldadura preconfiguradas ayudan a aumentar la velocidad de instalación y reducir el costo de la automatización. Foto cortesía de Wolf Robotics

Las interfaces fáciles de usar permiten que los cobots de soldadura estén listos y funcionando en unas pocas horas. Foto cortesía de Universal Robots

Las células de soldadura semiautomáticas son una forma de abordar la grave escasez de soldadores. Foto cortesía de Universal Robots

La soldadura desempeña un papel fundamental en la producción de electrodomésticos, automóviles, equipos de construcción, barcos, tractores, remolques, camiones y muchos otros productos. Desafortunadamente, hay una grave escasez de soldadores y la demanda de profesionales cualificados en soldadura está creciendo.

Según la Sociedad Estadounidense de Soldadura, Estados Unidos necesitará más de 360.000 soldadores para 2027 para satisfacer la creciente demanda debido a factores como el envejecimiento de la fuerza laboral. Las celdas de soldadura semiautomáticas son una forma de abordar esa escasez.

En la soldadura semiautomática, un trabajador carga y descarga piezas. El trabajador también puede aplicar soldaduras por puntos o realizar soldaduras más difíciles, mientras que un robot realiza la mayor parte de la operación de soldadura.

La soldadura totalmente automatizada a menudo no es ideal para todas las aplicaciones. Los sistemas de soldadura semiautomáticos son una excelente opción, porque pueden duplicar la producción de un soldador manual experto y al mismo tiempo mantener un alto nivel de control.

"Una celda de soldadura semiautomática es aquella en la que el trabajador utiliza la pieza de automatización de forma colaborativa como una 'herramienta' en lugar de una automatización sin intervención", dice Josh Pawley, vicepresidente de desarrollo comercial de Vectis Automation LLC. “Lo veo como una manera de llenar el vacío entre la soldadura manual y la soldadura tradicional totalmente automatizada.

"La soldadura semiautomática puede ayudar a los fabricantes de mezclas altas con lotes pequeños o medianos que son lo suficientemente grandes como para hacer que la soldadura manual sea ineficiente y mundana, pero lo suficientemente pequeños como para que las celdas de automatización tradicionales tampoco sean justificables", explica Pawley. "Estamos viendo que los clientes utilizan sistemas de soldadura semiautomáticos para manejar uniones soldadas de arco alto y a tiempo".

Se encuentra disponible una variedad de celdas de trabajo preconfiguradas y prediseñadas para aplicaciones de soldadura semiautomática. Contienen componentes comunes para acortar el tiempo de entrega, aumentar la velocidad de instalación y reducir el costo de la automatización. Los sistemas listos para usar atraen tanto a grandes como a pequeños fabricantes de una amplia variedad de industrias.

Con una celda de trabajo preconfigurada, toda la ingeniería necesaria para fabricar, ensamblar e integrar el sistema se completa antes de que el fabricante realice un pedido, lo que acorta significativamente el tiempo de entrega. Las celdas utilizan componentes comunes para reducir los costos de ingeniería y fabricación.

Los proveedores de robots e integradores de sistemas utilizan los términos "preconfigurado" y "prediseñado" indistintamente. Proporcionan a los fabricantes todos los componentes necesarios para las funciones básicas de una operación de soldadura, incluida una estación de trabajo, accesorios, controles y protección.

La única parte personalizada de una celda preconfigurada es el tipo de fuente de alimentación de soldadura que especifica un usuario final, como Fronius, Miller Electric o Lincoln Electric.

Están empaquetados de manera que permitan intercambiar componentes con el mínimo esfuerzo. Al tener módulos estandarizados que no requieren mayores esfuerzos de ingeniería para su configuración, brindan menores gastos generales y ventajas de precios que mantienen los costos bajos.

“Preconfigurado o prediseñado significa personalización limitada”, dice Peter Griffith, gerente general de Lincoln Electric Co. “No se comienza con una página en blanco, sino que se crea un menú de celdas que tienen un lugar y un propósito. Definimos y configuramos las dimensiones, brazos y opciones disponibles de la zona de trabajo.

"El objetivo es crear algo configurable, más parecido a bloques de Lego, para reducir el contenido diseñado a medida", explica Griffith. “Cuando dedicamos menos recursos a un proyecto y podemos utilizar componentes comunes, el precio y la entrega bajan para el cliente. Eso crea un producto mejor en todos los aspectos y que es exponencialmente más fácil de respaldar.

“Para soldar específicamente, una celda prediseñada es un artículo disponible en el mercado que viene 'listo para encender chispas', lo que esencialmente significa listo para soldar desde el primer momento”, señala Griffith.

Acieta LLC es otro integrador de sistemas que empaqueta robots para aplicaciones de soldadura. Cada celda está lista para trabajar con fuentes de energía y alimentadores de alambre. El software y las barreras de seguridad están integrados en cada mesa resistente de 8 por 8 pies. Además, todas las utilidades están integradas en el marco para un tiempo de inicio más rápido.

Acieta lanzó su celda de soldadura robótica FastARC hace seis años. Hay varias versiones disponibles que utilizan robots Fanuc de seis ejes.

"Todos los servicios públicos están integrados en la base", dice Nick Cowell, gerente regional de automatización de Acieta. “Puede recogerlo fácilmente con una carretilla elevadora y trasladarlo a una ubicación diferente de sus instalaciones o a otra planta en una ubicación diferente. Luego, todo lo que tienes que hacer es conectar la energía u otros servicios públicos y estarás listo para comenzar.

"Hoy en día, muchos fabricantes tienen problemas para contratar y retener soldadores", señala Cowell. "Las celdas de soldadura robóticas estándar ayudan a abordar ese problema y permiten a los operadores trabajar en tareas de mayor valor agregado".

Las celdas preconfiguradas se montan sobre una base de superestructura que se puede levantar y mover fácilmente con una carretilla elevadora. No es necesario instalar ni adjuntar nada una vez que llega a la ubicación del cliente. Además de enchufarlo, los usuarios finales sólo tienen que suministrar consumibles, como alambre de soldadura, antes de estar listos para comenzar a soldar piezas.

Los robots preconfigurados normalmente se pueden utilizar " nada más sacarlos de la caja ", lo cual es una gran ventaja para los fabricantes con personal de ingeniería limitado. Las celdas preconfiguradas ya se han diseñado teniendo en cuenta la ergonomía y la estética para proporcionar el sistema operativo más eficiente disponible por su precio.

Son de naturaleza compacta para simplificar el envío y la configuración; minimizar el espacio de la fábrica; proporcionar un plazo de entrega más rápido desde el pedido hasta la recepción de la mercancía; y utilice componentes estándar para facilitar el reemplazo y el servicio. Una gran ventaja es la documentación mejorada, incluidas piezas y esquemas.

Otra ventaja es un plazo de entrega más corto. Las células prediseñadas utilizan piezas que ya se obtienen y están en stock.

Un tiempo de arranque más rápido también atrae a los ingenieros. Generalmente se incluyen programas para el funcionamiento básico de la célula; sólo es necesario agregar programas específicos de piezas. El cliente no tiene que diseñar un diseño de celda de trabajo ni descubrir cómo pasar los cables.

Por encima de todo, las células preconfiguradas ofrecen incentivos financieros. “Los paquetes son más rentables que los sistemas robóticos a la carta”, dice Chris Blanchette, director ejecutivo de cuentas globales de Fanuc America Corp. “Hay un valor mucho mayor que si todos los componentes se compraran por separado. Creemos que esta es la ola del futuro.

"Hay varias razones por las que debería considerar seguir este camino", añade Blanchette. “Los componentes están bien integrados porque las cosas fueron diseñadas desde la fuente. Todo está bien integrado, en lugar de tener varias empresas involucradas en el proceso”.

Además, todos los componentes se prueban antes del envío. Como resultado, no hay tiempo de depuración cuando llega la celda. Todo se envía depurado, probado y listo para funcionar.

Los talleres y los pequeños fabricantes que tradicionalmente han evitado el uso de robots prefieren el concepto de celda preconfigurada, que está diseñado para hacer que los robots sean menos intimidantes y más fáciles de usar.

Las células prediseñadas son populares entre las pequeñas empresas que no necesariamente tienen las habilidades, los recursos y la experiencia internos para especificar un sistema de seguridad, escribir software y diseñar una interfaz hombre-máquina.

Sin embargo, a los proveedores de primer nivel también les gustan las ventajas de las celdas preconfiguradas. Por ejemplo, algunos fabricantes de automóviles utilizan celdas autónomas para aplicaciones de soldadura por puntos. Algunos fabricantes de automóviles también dependen del concepto listo para usar para el subensamblaje fuera de línea.

La soldadura tiende a ser la aplicación más popular para las celdas preconfiguradas, porque es un proceso más fácil de adaptar que el atornillado y otros procesos de ensamblaje. La soldadura por arco con robots de seis ejes tiende a ser la aplicación más común. Pero las células prediseñadas también se pueden utilizar para otras aplicaciones, como dispensación de adhesivo, esmerilado, recogida de piezas, pulido, atornillado y soldadura por puntos.

Los robots colaborativos son una opción ideal para la soldadura semiautomática, porque permiten que humanos y máquinas trabajen en estrecha proximidad. Ante la grave escasez de mano de obra y las iniciativas de reubicación, los fabricantes de diversas industrias están invirtiendo en sistemas de soldadura colaborativa.

Los cobots son especialmente populares entre las pequeñas empresas y los fabricantes contratados, porque no requieren una gran inversión de capital como las tradicionales células de soldadura automatizadas equipadas con robots de seis ejes. La curva de aprendizaje es mucho más pequeña y los fabricantes no necesitan todas las herramientas y protecciones tradicionales asociadas con la soldadura.

"La profesión de la soldadura está atravesando una crisis laboral", afirma Joe Campbell, director senior de marketing estratégico y desarrollo de aplicaciones de Universal Robots (UR). “La edad promedio de los soldadores calificados es de 55 años, la mayoría probablemente se jubilará dentro de 10 años y la gente más joven no está ingresando a la profesión en cantidades suficientes para sostener la demanda de la industria.

"Existe una necesidad urgente de sistemas de soldadura colaborativos que sean seguros de usar con seres humanos y que puedan usarse para ayudar a soldadores humanos expertos asumiendo los aspectos tediosos y poco ergonómicos del proceso de soldadura", afirma Campbell.

Durante mucho tiempo descartada como una tarea demasiado pesada para los cobots, la soldadura es ahora el segmento de aplicaciones de más rápido crecimiento para Universal Robots. Su robot UR10e, que cuenta con un alcance de 51 pulgadas y una capacidad de carga útil de 27 libras, es popular para soldadura MIG y TIG.

"Los cobots son ideales para cualquiera que realice cualquier tipo de fabricación de metal", explica Campbell. “Son fáciles de aprender, fáciles de implementar y reimplementar y rentables. Se puede implementar una celda lista para usar por unos 85.000 dólares, que es menos que pagar el salario anual de un soldador cualificado.

"Sin embargo, la seguridad es una consideración importante", advierte Campbell. “Aunque los cobots son seguros, siempre es necesario realizar una evaluación de riesgos exhaustiva y proporcionar todo el equipo de protección personal necesario a los operadores. Cuando se hace correctamente, no es diferente a trabajar junto a otro soldador humano.

"La mayoría de nuestros clientes utilizan varios cobots en sus instalaciones", señala Campbell. “Muchas de las máquinas están montadas en carros móviles que permiten a los soldadores mover los robots por su taller o planta para trabajar en diferentes proyectos.

"La soldadura es una gran aplicación para los cobots, porque está orientada a la trayectoria", señala Campbell. “También tiene importantes requisitos de control de procesos, que es donde el software entra en juego. Una variedad de integradores han creado interfaces fáciles de usar”.

Por ejemplo, Hirebotics LLC ha desarrollado una aplicación que permite configurar cobots de soldadura desde un teléfono inteligente o una plataforma. Su sistema Cobot Welder cuenta con una estación de trabajo de 32 por 48 pulgadas montada en un carro móvil. El controlador del robot y la soldadora están premontados dentro del carro. El sistema cuenta con un robot UR10e emparejado con una soldadora pulsada Miller Invision de 352 MPa y un alimentador S74, además de una pistola de soldadura Tregaskiss MIG.

"Todo está cableado y listo para funcionar", dice Matt Bush, director de operaciones de Hirebotics. “Lo único que tiene que hacer el cliente es abrir la caja y sacarla del palé de envío. Luego, simplemente instalan el brazo, el soplete y el cableado. Todo eso lleva menos de una hora para lograrlo. Lo único que queda por hacer es enchufar el cable y conectarse a Internet, porque todo está basado en la Nube.

"Hemos tenido usuarios que lo desempaquetan, lo ponen en funcionamiento y luego comienzan a fabricar piezas listas para producción 30 minutos más tarde", afirma Bush. “Nuestro software es muy intuitivo. Reducimos el factor de intimidación al permitir que los soldadores utilicen el teléfono que ya tienen en el bolsillo.

"Al reducir el tiempo necesario para enseñar piezas nuevas hasta en un 60 por ciento, Cobot Welder reduce el tiempo de inactividad, mejora la calidad y la productividad de la soldadura y garantiza implementaciones de soldadura automatizadas sin complicaciones", señala Bush.

"La mayoría de nuestros clientes no pueden contratar suficientes carrocerías para satisfacer la demanda que tienen hoy", dice Bush. “No necesariamente buscan menores costos o mayor productividad. Están buscando algo para llenar el espacio donde no pueden poner a un humano debido a la escasez de mano de obra.

"La soldadura colaborativa implica que un robot realiza parte de la tarea y un humano realiza la otra mitad", explica Bush. “Permite a los humanos hacer lo que mejor saben hacer: tareas táctiles que requieren destreza. Los robots son mejores para realizar tareas monótonas que se vuelven aburridas rápidamente. Los cobots son ideales para aplicaciones de bajo volumen y alta mezcla.

"Nos centramos en ofrecer a los soldadores una herramienta que puedan utilizar para producir soldaduras monótonas", señala Bush. “En cambio, pueden utilizar su experiencia y habilidades para centrarse en piezas complejas.

"Lo hemos visto todo", dice Bush. “Tenemos clientes que fabrican piezas únicas, además de empresas que producen 50.000 piezas por lotes cada semana. Uno de nuestros clientes es un fabricante de gran volumen que utiliza cientos de células de soldadura tradicionales totalmente automatizadas.

"Sin embargo, el verdadero punto óptimo para los robots de soldadura colaborativos es cualquiera que fabrique entre 20 y 200 piezas una o dos veces al mes", dice Bush.

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