La evolución de los materiales compuestos mediante la realidad virtual y aumentada

6 min de lectura Materiales compuestos
plymatch

Navegando por la red, encontré en el portal CompositesWorld este artículo muy interesante en el que se revisan las tecnologías que están impulsando la Transformación Digital en la fabricación de materiales compuestos.

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L’evoluzione dei compositi attraverso la realtà virtuale e aumentata
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El artículo pone de manifiesto la actual discrepancia entre las fases de diseño y análisis de los materiales compuestos, en las que se utilizan ampliamente herramientas digitales como los modeladores CAD y el análisis por elementos finitos, y la fase de fabricación, en la que el proceso sigue siendo, en gran medida, artesanal y manual.

Los principales actores del sector llevan tiempo trabajando para introducir soluciones que permitan aplicar los paradigmas de la Industria 4.0 también al ámbito de los materiales compuestos laminados.

Una de las vías consiste en utilizar la realidad virtual (Virtual Reality, VR) y la realidad aumentada (Augmented Reality, AR), es decir, proporcionar al operario encargado de fabricar la pieza un soporte digital que le permita realizar la tarea con mayor rapidez, reducir los errores y disminuir los costes y los tiempos de producción.

El sistema PlyMatch de Anaglyph muestra la posición del laminado real superpuesta a una plantilla virtual. El técnico observa el laminado y la plantilla en un monitor mientras coloca la siguiente piel.

Entre las distintas soluciones que permiten impulsar la Industria 4.0 en la fabricación de materiales compuestos laminados, el artículo también menciona PlyMatch, la solución de realidad aumentada desarrollada por Anaglyph Ltd (Londres, Reino Unido), capaz de proyectar el espacio 3D real del molde en el entorno virtual. En concreto, PlyMatch proporciona en tiempo real una visualización del área de trabajo real, superponiendo imágenes digitales generadas por ordenador para cada una de las pieles que deben laminarse.

Las imágenes digitales de las pieles pueden generarse directamente a partir del CAD. PlyMatch las superpone a la vista del molde con gran precisión gracias a la función de autocalibración, incluso cuando se desplaza la cámara. Tras una calibración inicial que solo requiere unos minutos, un sensor óptico rastrea las posiciones relativas entre la cámara y el molde, y el sistema de control actualiza su posición relativa en tiempo real. El sistema puede visualizar pieles creadas con cualquier modelador CAD mediante archivos en formato IGES o DXF 3D. Como alternativa, PlyMatch puede utilizarse tanto con el software de diseño de materiales compuestos Laminate Tools, también desarrollado por Anaglyph, como con datos de laminado compatibles generados mediante CATIA Composites Link de Dassault Systèmes o Fibersim de Siemens PLM Software.

Applied Composite Engineering (ACE, Indianápolis, Indiana, EE. UU.) utilizó PlyMatch para guiar la fabricación de entradas de aire calefactadas para sistemas antihielo de helicópteros. Más recientemente, Systima Technologies (Kirkland, Washington, EE. UU.), fabricante de sistemas y componentes para los sectores de defensa y espacial, implementó PlyMatch cuando incorporó la fabricación interna de materiales compuestos en 2014.

Esto ocurrió cuando Eric Wighman se incorporó a la empresa como director del departamento de estructuras y materiales avanzados, un equipo que creció rápidamente, pasando de un único operario a una plantilla de 12 personas.

«No somos una empresa dedicada a la fabricación de materiales compuestos para terceros, sino una empresa de ingeniería de diseño», afirma Wighman, quien señala que, en la mayoría de sus proyectos, Systima fabrica únicamente las primeras unidades. Muchos de estos componentes son largos y estrechos y presentan geometrías complejas.

Wightman descubrió que un sistema de proyección láser no funcionaría de manera eficaz ni rentable con estas geometrías. «Habríamos necesitado tres o cuatro proyectores y la calibración habría sido mucho más complicada», explica. Además, un sistema de este tipo habría tenido un precio de seis cifras, mientras que la implementación de PlyMatch en Systima costó alrededor de 50.000 dólares estadounidenses.

Asimismo, el uso de PlyMatch ha demostrado que la fabricación de estos componentes resulta eficiente y sencilla, afirma Wightman. Systima diseña sus productos con CATIA y, a continuación, exporta un archivo IGES al sistema PlyMatch. Cuando el equipo de materiales compuestos está listo para fabricar un componente, un operario realiza la calibración inicial de PlyMatch y puede comenzar la colocación de las pieles en menos de cinco minutos. El posicionamiento de las capas mientras se observa el monitor también es sencillo. Según Wightman, un operario que ya tenga experiencia en el laminado puede aprender a utilizar PlyMatch y adquirir la competencia necesaria en una sola tarde.

PlyMatch muestra la posición exacta de la piel que se va a laminar. Fuente: Systima Technologies.

Systima ha fabricado componentes de materiales compuestos utilizando PlyMatch desde el principio, por lo que Wightman no dispone de datos comparativos. Sin embargo, estima que los procesos de laminado podrían durar al menos el doble de las tres semanas actuales si se llevaran a cabo mediante el método tradicional con plantillas y plybook. También destaca la importancia de que el sistema permita realizar laminados de forma rápida y precisa para componentes aeronáuticos críticos.

Según Wightman, PlyMatch permite guiar la fabricación y el ensamblaje de detalles como insertos o taladros para pernos. Además, todo el proceso de fabricación puede grabarse digitalmente en vídeo, dejando constancia de cómo se ha construido cada componente. Esto permite comprobar posibles desviaciones respecto a la posición nominal de las capas o a la orientación de las fibras.

En el caso de la fabricación automatizada, PlyMatch ofrece la posibilidad de adaptarse para registrar los movimientos de la máquina y la colocación del material, y compararlos con los valores nominales.

Anaglyph afirma que continúa actualizando PlyMatch e incorporando nuevas tecnologías de hardware y actualizaciones de software a medida que están disponibles. Emmanuelle de Posson, responsable de marketing de Anaglyph, cita como ejemplos las tecnologías de cámaras y objetivos, las interfaces de PC y los periféricos informáticos. Además, añade: «Actualmente estamos trabajando en una versión completamente inalámbrica, lo que supone un reto debido a los requisitos de larga duración de la batería y a la necesidad de mantener la calidad de imagen del vídeo sin pérdidas».

Anaglyph también está desarrollando métodos para trabajar eficazmente con moldes y laminados de mayores dimensiones, manteniendo la precisión y la alineación necesarias. Asimismo, está en desarrollo una versión de PlyMatch que utiliza gafas de realidad aumentada (AR).

Para profundizar en el tema:

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