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El nuevo oro negro

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Las fibras de carbono son especialmente ligeras, fuertes y rígidas. Estas propiedades hacen que los componentes de plástico reforzados con fibra de carbono sean ideales para reducir el consumo de combustible de los automóviles y ampliar la gama de vehículos eléctricos. Hasta ahora, el alto coste de fabricación de los componentes de fibra de carbono ha impedido un uso más generalizado. Sin embargo, esto está a punto de cambiar, gracias a un nuevo método desarrollado por LIBA que reduce significativamente el coste de la producción.

Como materia prima, la fibra de carbono se ha ganado la reputación del nuevo "oro negro". Es caro, y su procesamiento en forma de láminas de tela y, finalmente, en componentes de polímero reforzado con fibra de carbono (CFRP) es un proceso lento que implica un gran número de pasos manuales. Por ello, las piezas de CFRP siempre se han reservado a aplicaciones donde una alta relación resistencia/peso tiene prioridad sobre el coste. Las principales áreas de aplicación incluyen actualmente los coches de carreras de Fórmula 1, lanchas motoras, las palas del rotor para turbinas eólicas especialmente grandes, paneles de satélites y equipos médicos.

Sin embargo, se está produciendo un cambio radical en el mercado. Los avances en todas las etapas de la cadena de producción de compuestos de fibra en los últimos años son muy prometedores. Hay muchos indicios de que el "nuevo oro negro" va a marcar el comienzo de una nueva era en la construcción ligera que redefinirá el futuro del transporte y la logística.

Producción excepcionalmente eficiente

El ritmo de esta evolución la están marcando innovadores fabricantes de sistemas, como el reconocido especialista textil LIBA Maschinenfabrik. La larga tradición de LIBA en tecnología de maquinaria probada sirvió como base para su nueva máquina Copcentra MAX 5 CNC, que permite una producción extremadamente eficiente de tela de fibra de carbono multiaxial.

En la máquina avanzan mechas de cinta de fibra de carbono extendida, que se han producido directamente en la máquina o bien proceden de otra parte. La cinta se extiende en bandas paralelas para formar capas de entre 125 y 375 centímetros de ancho, con cada capa orientada en una dirección diferente (multiaxial). Las bandas de cinta se sostienen en cada extremo por medio de abrazaderas montadas sobre cadenas. Éstas transportan la tela a través del sistema de aproximadamente 35 metros de largo.

Una vez que la tela ha alcanzado un máximo de siete capas, pasa por una estación de unión, donde las capas se cosen con hilo de urdimbre. Todavía sujetada por las abrazaderas, la tela se transporta a través del sistema con una distancia intermedia, para evitar problemas durante el proceso de costura posterior. A continuación, se recortan los bordes de la tela, la tela se enrolla y se aspira el material de desecho restante en las abrazaderas.

Alta calidad con alta productividad

La eficacia sin precedentes de la Copcentra MAX 5 CNC se debe al hecho de que trabaja con bandas de cinta de longitud cortada a precisión. Otras máquinas suelen ejecutar una sola cinta continua, lo que inevitablemente conlleva un exceso de desechos alrededor de las abrazaderas que deben recortarse más tarde. Por lo tanto, la solución de LIBA procesa la valiosa fibra de carbono de una forma mucho más económica que los sistemas convencionales.

La fabricación de tela de fibra de carbono exige una elevada productividad, un proceso de producción seguro y un alto nivel de calidad. Al mismo tiempo, las líneas de producción a gran escala también deben ser muy flexibles con el fin de adaptarse a los requisitos nuevos o específicos.

Para establecer este nivel de flexibilidad, LIBA ha desarrollado una amplia gama de módulos de la máquina. Entre ellos, se encuentran los sistemas online y offline para la producción de cintas de carbono, los controladores de la barra guía con motores lineales, módulos para preparar capas de cero grados, módulos de recubrimiento y unión, y muchos más.

"Nuestras máquinas modulares se pueden combinar con total libertad para crear sistemas diseñados específicamente para las necesidades únicas de nuestros clientes", explica Rainer Seuß, experto en tecnología multiaxial de LIBA. Su colega, Wolfgang Jahn, responsable de la tecnología de control añade con orgullo: "Somos capaces de implementar soluciones de control específicas para el cliente en cuestión de horas".

65 ejes reales, 20 ejes virtuales

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Hoy en día, los componentes fabricados en polímero reforzado con fibra de carbono se reservan en gran medida a aplicaciones en las que lo más importante es la relación resistencia/peso (incluso más que el coste), como por ejemplo los coches de carreras de Formula 1.

Esta flexibilidad junto con la velocidad son todavía más impresionantes teniendo en cuenta que incluso el modelo básico de la Copcentra MAX 5 CNC incorpora 35 ejes reales y 10 ejes virtuales. Hasta ahora, LIBA ya ha entregado sistemas con varios módulos auxiliares que aportaron un total de 65 ejes reales y 20 ejes virtuales. LIBA atribuye su capacidad de diseñar el sistema de control tan rápidamente, a pesar de la complejidad, a la solución de automatización completamente integrada de B&R.

"Desde que actualizamos la Copcentra MAX 5 CNC a una solución de automatización de B&R, disponemos de la misma arquitectura de control y servoaccionamiento en cada máquina que ofrecemos, todo ello basado en los productos estándar de B&R. Utilizamos el Power Panel PP420 como nuestra plataforma de control y HMI, servoaccionamientos ACOPOSmulti y módulos de E/S X20, así como la tecnología de seguridad integrada de B&R", informa Jan Märtin, Jefe de Diseño y Desarrollo de LIBA.

1000 variantes con un único proyecto de software

El truco de la eficiencia y la flexibilidad de LIBA es que se ejecuta el mismo proyecto de software en cada máquina. El sistema y sus componentes de automatización como los ejes, los módulos de E/S y la tecnología de seguridad se configuran en funcionamiento. Los datos necesarios del sistema se proporcionan en archivos XML. "Esto es lo que nos permite gestionar las soluciones de control de nuestras 60 máquinas y 1000 variantes, algunas de las cuales tienen diferencias muy significativas en su configuración", argumenta Jahn.

El enfoque de LIBA también tiene claras ventajas para los operarios del sistema: para realizar una actualización, basta con subir el nuevo proyecto de software al controlador; el archivo de configuración no se modifica. Todos los cambios se implementan de forma automática la próxima vez que se activa la máquina. Independientemente de las máquinas que se estén utilizando, todos los clientes se benefician, de forma inmediata y sin esfuerzo, de los últimos desarrollos de software de LIBA.

"Es tan sencillo como modificar las máquinas en el campo", asegura Jahn. "Utilice cualquier editor de texto para modificar el archivo de configuración y ajustarlo a la nueva configuración del sistema. A continuación, reinicie la máquina y listo. No se requiere ningún tipo de programación".

Complejos movimientos sincronizados con una precisión absoluta

La Copcentra MAX 5 CNC exige mucho de la tecnología de control y servoaccionamiento. "El controlador debe ser capaz de mantener enlaces síncronos y precisos entre un gran número de ejes a fin de aplicar secuencias de movimiento complejas", explica Seuß. "Esto es esencial para la creación de un proceso preciso y eficiente capaz de alcanzar los niveles de velocidad de producción y calidad deseados". Para que todo esto sea posible, los ejes deben comunicarse entre sí a alta velocidad, y el control de la curva de trayectoria debe conocer sus posiciones exactas en todo momento.

"Con la combinación de la tecnología de servoaccionamiento ACOPOSmulti y el bus de comunicación rápida en tiempo real POWERLINK, hemos encontrado una solución óptima. Combina las propiedades dinámicas superiores con una precisión excelente, y nos ofrece muchas otras ventajas que no teníamos antes de cambiar a B&R", añade Jahn.

Por ejemplo, LIBA utiliza un bus de continua común con energía regenerativa para asegurar una desactivación absolutamente síncrona, incluso en el caso de fallo de alimentación. "En muchos países a los que suministramos, las caídas de tensión son casi un hecho cotidiano. Con nuestra antigua tecnología, conseguir poner la máquina en marcha de nuevo después de cada corte representaba un proceso muy lento", explica Märtin. "Ahora somos capaces de utilizar la energía cinética existente para garantizar una desactivación controlada, lo cual deja el sistema listo para reiniciarse inmediatamente".

Para los casos en los que la máquina no almacena suficiente energía (ya sea porque los ejes se ejecutan muy lentamente o porque los controladores de la barra guía utilizan motores lineales) LIBA ha desarrollado un eje de almacenamiento de la energía cinética donde un motor de inducción con un volante de inercia se lleva a alta velocidad. Este eje de almacenamiento está conectado al mismo bus de continua que los otros servoaccionamientos, por lo que su movimiento sirve como fuente auxiliar de energía en el sistema. Esta energía puede utilizarse para permitir una desactivación controlada cuando sea necesario.

Junto con el resto de características vanguardistas, esto ayuda a la Copcentra MAX 5 CNC a producir tela de fibra de carbono con una eficiencia excepcional. Ahora ya no hay nada que se interponga en el camino para un uso generalizado de fibras de carbono que darán forma al futuro de las industrias de transporte y logística.

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La Copcentra MAX 5 CNC produce con eficacia tela con capas multiaxiales compuestas por fibra de carbono.
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Desde que actualizaron la Copcentra MAX 5 CNC a una solución de automatización de B&R, en LIBA ahora disfrutan de los beneficios de tener la misma arquitectura de control y servoaccionamiento en todas sus máquinas. Todo ello, se basa en los productos estándar de alto rendimiento de B&R como el Power Panel PP420.
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