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Motores planos: el próximo paso en la manufactura flexible

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Ejemplo de un sistema de motor planar de Planar Motor Incorporated

Uno de los mayores retos a los que se enfrentan los fabricantes es la creciente demanda de flexibilidad y opciones de productos diversificadas. A medida que se acelera la investigación y el desarrollo, los ciclos de diseño de productos se acortan, se lanza una gama más amplia de productos en menos tiempo y los consumidores exigen cada vez más opciones de personalización. La pérdida de productividad debida a los cambios de línea se está convirtiendo en un gran problema para los fabricantes.

Tradicionalmente, el desarrollo de la línea de ensamblaje hizo que la producción en masa fuera económicamente viable, pero a costa de la flexibilidad. Dado que cada producto fabricado debe recorrer la línea a la misma velocidad, la estación más lenta de la línea de ensamblaje se convierte en un cuello de botella, lo que limita las tasas de producción. Famosamente, en el desarrollo de la línea de ensamblaje de automóviles, Henry Ford comentó que "cualquier cliente puede tener un coche pintado del color que quiera, siempre que sea negro". La decisión de limitar el color de la pintura se tomó porque, en ese momento, el único color que podía secarse lo suficientemente rápido era el negro; elegir otro color habría ralentizado toda la línea de ensamblaje. Además, cualquier cambio en el diseño del producto, como el tamaño y la forma del producto, a menudo significaba que la línea de producción tenía que reconstruirse, lo que suponía un enorme coste adicional con cada cambio.

Un gran avance en flexibilidad se logró con el desarrollo de tecnologías de carrito independiente, como los sistemas iTRAK® y MagneMover® de Rockwell Automation. Este estilo de transporte permite el procesamiento de paso variable, lo que reduce el impacto de los cuellos de botella. Además, los carritos independientes son naturalmente más modulares, lo que permite una mayor flexibilidad y escalabilidad, a la vez que reduce el tiempo improductivo debido a los cambios de línea. Con MagneMover®, los productos ya no tienen que pasar por cada estación de una línea de automatización, lo que permite fabricar una gama más amplia de productos en la misma línea de producción, sin tiempo improductivo por cambio de línea. Por último, el concepto fundamental en el que se basan las tecnologías de carrito independiente, los motores lineales, tienen menos piezas móviles que las soluciones de transporte tradicionales, lo que significa menos mantenimiento y tiempo improductivo, así como velocidades de procesamiento mejoradas.

Las soluciones de motor plano, como los XBots desarrollados por Planar Motor Inc, son una opción adicional para proporcionar flexibilidad a los fabricantes. Una solución de motor plano consiste en una colección de estatores dispuestos en cualquier patrón y cualquier número de movers, que pueden moverse libremente por la superficie del estator. Los movers están levitados magnéticamente, ofrecen 6 grados de libertad de control y suelen transportar cargas útiles de hasta 14 kg (30 lb). Los movers ya no están confinados a una pista, lo que hace posible nuevas clases de diseños de máquinas. Por ejemplo, las aplicaciones altamente personalizables, donde se requiere la reconfiguración dinámica de los pasos de procesamiento, se vuelven triviales de implementar. Como otro ejemplo, los movers se pueden organizar fácilmente en 2D para aplicaciones de envasado. Por último, dado que los movers pueden girar en un instante, el espacio en planta requerido por la máquina suele reducirse en un orden de magnitud, lo que supone un gran ahorro de gastos generales para el fabricante.

Ejemplo de un sistema de motor planar de Planar Motor Incorporated

Example of a planar motor system from Planar Motor Incorporated

La naturaleza levitante y sin contacto de los motores planos ofrece varias ventajas adicionales. La ausencia de contacto significa que no hay desgaste y, dado que el estator no tiene piezas móviles (es totalmente de estado sólido), los motores planos tienen los mismos requisitos de mantenimiento que un chip de CPU, es decir, prácticamente ninguno. Además, el movimiento sin contacto significa que los motores planos son perfectos para ambientes de sala limpia, ya que no se generan partículas por las piezas deslizantes. Además, la separación física entre los movers y los estatores significa que adaptar un motor plano a ambientes químicamente agresivos o que requieren lavado es increíblemente sencillo: basta con añadir una lámina de material compatible sobre los estatores y los movers, y el sistema está listo para funcionar. La separación de levitación también significa que los motores planos no se ven afectados por ambientes polvorientos o sucios, ya que los movers volarán sobre cualquier partícula pequeña depositada en la superficie de vuelo y, al no haber piezas móviles que se atasquen, el polvo no afecta a la vida útil del producto.

Por último, el control preciso que ofrecen los motores planos da lugar a nuevos conceptos para simplificar el diseño de máquinas. Los motores planos ofrecen una precisión increíble: los XBots de Planar Motor Inc. ofrecen una repetibilidad de 1 μm (0.04 mil) y el rango de movimiento permite simplificar en gran medida las estaciones de procesamiento. Por ejemplo, mientras que tradicionalmente una boquilla que dispensa adhesivo podía necesitar una etapa de 2 ejes para alcanzar todos los puntos de una pieza, si la pieza estaba en un motor plano, la boquilla podía atornillarse a una ubicación fija con la pieza moviéndose debajo de la boquilla. Como otro ejemplo, el control de 6DOF significa que el alineamiento de piezas para el ensamblaje puede ser realizado por los movers en lugar de un robot o máquina separados. La naturaleza de acción directa también significa que los motores planos tienen una excelente retroalimentación de fuerza: por ejemplo, los XBots pueden pesar automáticamente su carga útil, sin hardware adicional.

Como socio tecnológico de Rockwell Automation, hemos hecho que sea lo más fácil posible controlar nuestro sistema con los PLC de Rockwell Automation. Un controlador de motor planar sirve como interface entre un PLC de Rockwell Automation y los estatores y movers. Una biblioteca de alto nivel de instrucciones Add-On significa que los clientes no tienen que preocuparse por la generación de trayectorias o la prevención de colisiones, y en su lugar pueden centrarse en crear su aplicación. Al mismo tiempo, los clientes pueden profundizar y recibir información de retroalimentación de posición, fuerza y otra información del sistema de motor planar. Los clientes también pueden aprovechar las funciones de control de ejes virtuales/esclavos proporcionadas por el controlador de motor planar y sincronizarse con otras máquinas controladas por el PLC de Rockwell Automation. Al final, controlar un sistema de motor planar será tan fácil y familiar para el cliente como cualquier dispositivo EIP estándar.

Nos enorgullece formar parte del vasto ecosistema de soluciones de automatización industrial de Rockwell Automation y esperamos poder ayudar a los fabricantes a crear líneas de producción flexibles, compactas y sin mantenimiento. 

Vea el canal de YouTube de Planar Motor para obtener más información

YouTubeYouTube Rockwell Automation Fair 2021
YouTubeYouTube Motor planar en la feria Achema 2022

Publicado 12 de abril de 2023

Temas: Alimentos y bebidas Ciencias biológicas

Kevin Xiao
Kevin Xiao
Vice President, Planar Motor
 
Jesse Li
Jesse Li
Mechatronics Engineer at Planar Motor
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