Robots de soldadura láser: el futuro de la fabricación de alta velocidad

Les robots de soldadura láser son una de las aplicaciones de más alta tecnología en la soldadura moderna, y la automatización está ayudando a los fabricantes a desbloquear aún más la productividad dentro de este proceso.

Comprender los proveedores y los componentes de un sistema de soldadura láser robotizado es fundamental para comenzar cualquier proceso de automatización ya que del conocimiento de estos hechos depende el éxito de automatizar las tareas con robots de soldadura láser.

Introducción a los robots de soldadura láser

A medida que los componentes fabricados se vuelven más complejos, surge la demanda de soluciones de montaje precisas. Esta cuestión se agrava a medida que la fabricación de plásticos produce piezas más sofisticadas. Los robots de soldadura láser ofrecen una solución a estos problemas porque facilitan la soldadura de materiales difíciles como el cobre y el aluminio. Algunas instalaciones sueldan manualmente los materiales con láser. Sin embargo, los fabricantes suelen automatizarlo debido a la gran demanda de precisión.

Tipos de soldadura láser

La soldadura láser utiliza un láser de alta potencia para generar energía. El rayo láser se enfoca en un punto fino, concentrando el calor en un área pequeña. Este calor funde el material y permite que los materiales se unan, creando una soldadura. Existen varios tipos de láseres y cada uno de ellos tiene sus ventajas e inconvenientes. Por lo tanto, hay que conocer las opciones antes de tomar una decisión de compra para evitar errores.

Láseres de gas (CO₂)

Los láseres de gas envían energía de alto voltaje y baja corriente a través de un medio gaseoso para generar calor. Aunque se pueden utilizar otros gases (He/Ne, Ar/Kr), el CO₂ es el más común. Su popularidad se debe a su eficacia y a su elevada potencia de salida.

Sin embargo, los láseres de CO₂ suelen ser más caros que otros tipos de láser. Además, son dispositivos sensibles y los choques pueden desviar la alineación del espejo, un problema costoso de arreglar.

Láseres de estado sólido

Los láseres de estado sólido utilizan metales o cristales como medio. Como son de estado sólido, no se consume ningún material durante su funcionamiento. Además, estos láseres pueden conseguir diámetros de haz mínimos en comparación con los láseres de gas.

Sin embargo, la expansión térmica puede ser un problema. Si el medio se calienta demasiado, el diámetro del láser puede distorsionarse. Además, la potencia de salida es relativamente inferior a la de los modelos de CO₂. Este inconveniente puede ser problemático para determinados materiales. Como resultado, estos láseres pueden tener problemas con soldaduras más gruesas o profundas.

Láseres de semiconductor (diodo)

Los láseres de semiconductores son sistemas compactos, ligeros y eficaces para soldar. No requieren sistemas de refrigeración activos, consumen tanta energía como otras opciones y no utilizan espejos, lo que los convierte en una opción duradera para entornos difíciles.

Sin embargo, estos láseres no pueden alcanzar la alta potencia que presentan los modelos de CO₂. Además, la divergencia del haz es más frecuente en los láseres de semiconductores.

Industrias para los robots de soldadura láser

Les robots de soldadura láser existen como una aplicación dentro de la fabricación. Muy pocas industrias requieren las características y beneficios únicos de la soldadura láser. Sin embargo, para esas industrias, el acceso a la soldadura láser automatizada es vital. Algunos ejemplos son:

• Automoción
• Aeroespacial
• Producción de baterías
• Electrónica con robots de soldadura de componentes electrónicos y circuitos
• Sanidad
• Metales
• Plastiques
• Elementos de un sistema robótico de soldadura láser
• Elementos de una célula robótica de soldadura láser

Una célula robótica de soldadura es una compleja combinación de otros subsistemas que se desglosa en los siguientes componentes:

• El robot

  El robot de soldadura es el componente central de la célula de soldadura y se refiere a la mecánica y los controles del robot. Independientemente del tipo, el robot es responsable de aplicar la soldadura. Este componente mueve y maneja directamente los controles del láser. Los requisitos de la aplicación deben ser los que determinen la selección del robot. Los modelos de robots presentan diferentes características de diseño y a la hora de seleccionarlo, se debe tener en cuenta características como alcance, capacidad de carga útil, velocidad y precisión. Los requisitos de la aplicación exigirán características de rendimiento específicas que limitarán los tipos de robots adecuados para cada proyecto.

• El láser

  El sistema láser es el responsable de generar el haz de soldadura. El láser incluye el cabezal y el generador/amplificador de potencia, a veces un componente independiente. Los requisitos del material y de la soldadura ayudan a definir el tipo de láser necesario.

• Refrigeración

  La mayoría de los tipos de láser requieren un sistema de refrigeración para funcionar porque generan niveles masivos de calor que pueden dañar los componentes internos. Los sistemas de refrigeración mantienen la temperatura del láser dentro de un rango funcional. Por ello, los sistemas de refrigeración del láser suelen formar parte del conjunto del láser.

• Presentación de la pieza

  Se debe tener en cuenta cómo se va a presentar la pieza al robot para su soldadura. A menudo hay más opciones disponibles en esta área para los sistemas de soldadura láser. Esto se debe a que el proceso tiene un bajo impacto físico en la pieza durante la soldadura. Las opciones más comunes son:

  • Transportadores
  • Plantillas
  • Placas giratorias
  • Pinzas
  • Otros robots
• Sistemas de detección/supervisión

  Este sistema de alta tecnología viene repleto de equipos de detección. Los sensores de temperatura y los equipos de seguridad son estándar en robots de soldadura láser. Además, son frecuentes los rastreadores de haces y costuras. Los proveedores suelen configurar los paquetes con sistemas de visión para ofrecer una gran variedad de funciones. Es posible que se prefieran diferentes características en función de las aplicaciones más comunes:

  • Control de calidad/inspección
  • Sécurité
  • Control térmico
• Sécurité

  La soldadura láser es una aplicación peligrosa para las personas. Por lo tanto, es esencial aplicar medidas de seguridad para proteger a los empleados. Las medidas de mitigación de riesgos suelen incluir:

  • Protecciones y cerramientos de seguridad
  • Cortinas de luz
  • Escáner de seguridad
  • Sistemas de bloqueo/etiquetado
  • Interruptor de hombre vivo

Tipos de robots de soldadura láser utilizados hoy en día

Un par de tipos de robots de soldadura láser tienen el monopolio del mercado de la soldadura láser en la actualidad. Aunque ofrecen la funcionalidad necesaria para automatizar una tarea de soldadura láser, las diferencias son significativas. Comprender estas diferencias ayuda a saber cuál es el adecuado para cada aplicación.

Robots de seis ejes

Los robots de seis ejes ofrecen una gran combinación de velocidad, alcance, capacidad de carga útil y alcance. Estos robots pueden cubrir la gran mayoría de las aplicaciones de soldadura láser y destacan en tareas de soldadura de tamaño pequeño y mediano. Su excelente rango de movimiento les ayuda a soldar geometrías de piezas complejas.

Sin embargo, las deficiencias de los robots de seis ejes pueden limitar su compatibilidad con trabajos más grandes. Por ejemplo, su alcance está limitado a uno o dos metros. Sin embargo, los fabricantes pueden reducir esta carencia con la ayuda de una unidad de transferencia de robots (RTU) que amplía el alcance del robot de seis ejes. Sin embargo, se trata de una pieza de hardware cara. Además, las RTU conllevan costos y consideraciones de integración aparte.

Además, los robots de soldadura láser tienen un límite máximo de capacidad de carga útil que limita su capacidad para manejar los enormes láseres necesarios para algunas tareas.

Robots de pórtico

Los robots de pórtico ofrecen una capacidad casi ilimitada para la soldadura láser. Los proveedores pueden configurar los robots de pórtico para manejar las aplicaciones más grandes. Además, su mayor rigidez mecánica les permite mover los láseres más grandes y su sencillo diseño permite a los robots de pórtico alcanzar niveles de precisión inigualables.

Sin embargo, los robots de pórtico están limitados en su capacidad para manipular piezas complejas. Los robots de seis ejes están mejor diseñados para tareas que exigen una gran destreza porque su construcción multiarticulada les permite destacar en este tipo de aplicaciones.

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Tipos de robots de soldadura láser: Proveedores

Una vez se conocen los fundamentos de los robots de soldadura láser, el siguiente paso es investigar los posibles proveedores. Existen muchas opciones en el mercado de los robots de soldadura pero entender qué proveedor es el adecuado para una aplicación, puede hacer que la integración sea un proceso sencillo.

• Fabricantes de robots

  Los fabricantes de robots diseñan, construyen y venden robots. La mayoría de los fabricantes cubren una amplia gama de aplicaciones e industrias y algunos incluso tienen modelos exclusivos optimizados para la soldadura. Las ventajas de comprar directamente al fabricante son:

  • Acceso directo al mejor soporte de ingeniería
  • Opciones preconfiguradas
  • Soluciones de ingeniería
  • Mejor acceso a la formación
  • Excelente para aplicaciones estándar
• Integradores

  Los integradores son proveedores de soluciones de terceros. Suelen ser socios oficiales del canal de al menos un fabricante de robots de soldadura láser. Los integradores suelen tener un amplio acceso a otras líneas de equipos tangenciales al sistema de robots. Las ventajas de trabajar con integradores son:

  • Suelen ofrecer el mejor soporte local
  • Son muy flexibles para las soluciones personalizadas
  • Suelen ofrecer una gran variedad de servicios fuera de la robótica
• Proveedores de soluciones de sistemas (OEM)

  Los proveedores de soluciones de sistemas suministran paquetes de robots listos para usar. Estos sistemas preconfigurados están diseñados para una aplicación específica. A menudo existen variaciones de estos paquetes para cubrir una amplia gama de requisitos de aplicación. Las ventajas de trabajar con estos proveedores son:

  • Rentabilidad global
  • Suelen tener características únicas
  • Facilidad de uso
  • Compatibilidad con otros sistemas (Industria 4.0)
  • Rápida integración
  • Formación del sistema

Ventajas de los robots de soldadura láser

La soldadura láser robotizada presenta muchas ventajas sobre los procesos de soldadura tradicionales en determinadas aplicaciones. Los recientes avances en la tecnología de soldadura láser la han hecho aún más atractiva en una amplia gama de entornos industriales. Aunque la soldadura láser no sustituye por completo a la soldadura tradicional, es más adecuada para algunas piezas.

• La soldadura láser robótica es intrínsecamente precisa: Los haces de soldadura láser crean soldaduras profundas y precisas sin utilizar casi tanta energía o recursos como los procesos de soldadura tradicionales. Dado que las soldaduras láser son tan precisas y enfocadas, las soldaduras son más limpias y requieren mucho menos retoques o repasos.
• Las soluciones de soldadura láser también son más versátiles: Los métodos de soldadura tradicionales siempre destacan en las aplicaciones en las que hay un espacio entre las piezas a soldar, pero otras aplicaciones de alta precisión y velocidad están mejor con la soldadura láser. La soldadura láser robótica tiene una zona afectada por el calor mucho más pequeña, por lo que la distorsión se minimiza independientemente del tipo de metal que se esté soldando.
• La soldadura láser robótica es una opción precisa, limpia y flexible para una amplia variedad de aplicaciones de soldadura: Aunque nunca será un sustituto de los procesos de soldadura tradicionales, sigue teniendo muchas ventajas y cualquier fabricante que quiera automatizar los procesos de soldadura debería considerar al menos una solución de soldadura láser robotizada.

Conoce más ventajas de la soldadura robotizada

Avances en los robots de soldadura láser

Algunos de los avances más significativos en la tecnología de los robots de soldadura láser provienen de la tecnología de visión. Las configuraciones ópticas del escáner, los controles del escáner y las interfaces en tiempo real para los sensores ópticos permiten la soldadura láser en aplicaciones mucho más complejas.

La soldadura láser es intrínsecamente más precisa que la soldadura tradicional. Cuando se combina con un sistema de visión 3D avanzado, la precisión de la soldadura aumenta exponencialmente, incluso para piezas de gran volumen y de varias pasadas.

Si estás interesado en la automatización de tus procesos de soldadura con robots, deberías saber cómo implantar con éxito un robot para procesos de soldadura.