La empresa de fabricación digital entrega los trabajos de alta mezcla/bajo volumen lo antes posible con máquinas multitarea

Los fabricantes suelen utilizar la tecnología de automatización para reducir los plazos de entrega de tiradas largas de piezas idénticas. Por otro lado, los trabajos personalizados, complejos y de tiradas cortas, como los que se realizan en entornos de creación de prototipos, no suelen ser candidatos para los conceptos de automatización tradicionales. Sin embargo, una empresa de Maple Plain, Minnesota, ha superado este reto de producción con una estrategia única. Protolabs combina una rosca digital de principio a fin con un grupo de máquinas herramienta idénticas, flexibles y multitarea, no sólo para automatizar el mecanizado, sino también para reducir los plazos de producción de lotes pequeños de semanas a días y, en algunos casos, a sólo horas.

Protolabs, líder mundial en servicios de mecanizado, moldeado, impresión 3D y chapa metálica, ha empleado tecnologías y estrategias innovadoras desde sus inicios. Cuando buscaba una forma mejor de producir piezas moldeadas por inyección, el ingeniero de software y fundador de la empresa Larry Lukis creó un sistema basado en software que acepta un modelo CAD del cliente y luego aplica los datos a todo el proceso de fabricación. "Desde el principio, si no podía hacerlo de forma digitalizada, no lo hacía", afirma Mike Kenison, vicepresidente y director general de Protolabs para América. En la actualidad, "somos más rápidos que los demás", afirma, y añade que la digitalización de todo el flujo de datos de fabricación, desde el pedido inicial hasta la pieza terminada, se traduce en una reducción de los costes no recurrentes del proceso de la primera pieza en comparación con los fabricantes tradicionales.

Protolabs presta servicio a un exigente segmento de la producción de mecanizado. Scott Pedersen, director de operaciones de fabricación, dijo de su servicio de mecanizado: "Somos un productor de alta mezcla y bajo volumen. Las parcelas son pequeñas. Normalmente oscilan entre una y 200 piezas mecanizadas. La gran mayoría son menos de 100 y muchos son de una a diez partes".

Para maximizar su competitividad, Protolabs ha desarrollado formas de estandarizar y acelerar el trabajo de precisión de bajo volumen. Las estrategias se basan en la utilización eficaz de un grupo de máquinas herramienta idénticas. "Eso nos hace muy flexibles", afirma Pedersen. "Si recibimos un pedido que requiere más de una máquina, podríamos ejecutarlo en dos máquinas en lugar de una. En otras ocasiones, cada máquina puede estar ejecutando una pieza diferente. Nunca sabemos qué pedidos van a llegar, así que siempre tenemos máquinas y capacidad extra disponibles. Así es como hacemos que esto funcione".

En Protolabs, la previsión de la producción puede ser más un arte que una ciencia. La empresa trata con decenas de miles de clientes distintos al año, según Kenison. El pedido medio de mecanizado es de tres piezas (los pedidos de moldeo son de miles y decenas de miles), lo que se traduce en el fresado y torneado de miles de geometrías diferentes al año. "Hay que entender cuál será el flujo cuando se trata con tantos clientes". Sin embargo, a pesar de la gran variedad de clientes y piezas, el flujo de trabajo está bien controlado. Pedersen afirma: "No quiero decir que sea muy estable, pero estamos preparados para afrontar fluctuaciones de volumen. Nunca sabemos lo que nos va a deparar un pedido y hacemos todo lo posible por estar preparados".

En cuanto a la elección de los equipos de fabricación para llevar a cabo las estrategias de la empresa, las plantas de producción de mecanizado CNC de Protolabs constan principalmente de fresadoras verticales y centros de torneado estándar. Cuando la dirección vio la necesidad de aumentar la capacidad de torneado, la empresa añadió máquinas multitarea. La capacidad de fresado de las máquinas multitarea proporcionó a Protolabs "una flexibilidad que nos permite cortar cada pieza para cada cliente", afirma Dan Robinson, ingeniero de fabricación. "Dame cualquier geometría y te diré que puedo cortarla. Las máquinas multitarea aumentan nuestra flexibilidad y nuestra capacidad de sí a la variedad y complejidad de los trabajos que nos llegan".

Para ayudar a llevar a cabo sus estrategias de bajo volumen, alta mezcla y entrega rápida, Protolabs adquirió máquinas compactas Mazak INTEGREX i-100 BARTAC-S Multi-Tasking. Cada máquina cuenta con dos husillos de torneado y un husillo de fresado que, juntos, permiten el mecanizado completo en 5 ejes y el procesamiento de piezas Done In One, es decir, la capacidad de mecanizar piezas complejas en una sola fijación. Las máquinas también incorporan sistemas inteligentes de carga de barras.

A 4.4 in. (111 mm) permite a Protolabs procesar piezas de material en barra de hasta 4 pulg. (101mm) de diámetro, y un cambiador automático de herramientas extrae de un cargador estándar de 36 herramientas. Los recorridos de los ejes X, Y y Z son de 17,7 pulg. (450 mm), 8,2 pulg. (208 mm), y 35,5 pulg. (901 mm) respectivamente, lo que permite a la máquina procesar una amplia gama de tamaños y formas de piezas. El tamaño compacto de la máquina es de 127 pulg. (3.225 mm) x 103,8 pulg. (2.636 mm).

"Cuando elegimos nuestros equipos de fabricación, deben ofrecer flexibilidad", afirma Kenison. "Aunque normalmente trabajamos con grandes mezclas y bajos volúmenes, tenemos algunos clientes que necesitan volúmenes mayores. En consecuencia, tenemos que ser capaces de cambiar de un lado a otro y de un lado a otro muy rápidamente. Todo se reduce a lo que quieren nuestros clientes. Siempre les gusta tener piezas más grandes y complejas, y buscamos tecnologías como las máquinas multitarea de Mazak para que encajen. Contamos con un sólido proceso de selección de máquinas. Nos fijamos en lo que necesitamos obtener de nuestras máquinas y cuáles son sus capacidades. Nos decidimos por las máquinas Mazak por su velocidad, calidad, consistencia y capacidad para producir piezas complejas."

Todas las piezas mecanizadas en las máquinas multitarea son redondas, y los materiales de las piezas incluyen metales duros y blandos. Las barras se cambian con frecuencia en función de las necesidades de material de las distintas piezas.

Además del mecanizado CNC, los servicios de fabricación de Protolabs incluyen la fabricación de moldes de inyección y la producción de piezas, la impresión 3D y la fabricación de chapas metálicas. La empresa cuenta con instalaciones de producción en todo el mundo que abarcan más de 1 millón de pies cuadrados de espacio de fabricación. Las operaciones en Estados Unidos están en Minnesota, New Hampshire y Carolina del Norte. También hay instalaciones en el extranjero, en Inglaterra, Alemania y Japón. En toda la empresa trabajan unos 2.500 empleados, casi la mitad de ellos en Minnesota.

Una adición reciente a la capacidad de Protolabs para atender necesidades de clientes muy diversas fue la adquisición a principios de 2021 de 3D Hubs, Inc. (ahora denominada simplemente Hubs), una plataforma líder de fabricación en línea que proporciona acceso bajo demanda a una red mundial de aproximadamente 240 socios de fabricación de primera calidad. La adquisición permite a la empresa ampliar sus servicios más allá de sus capacidades internas. "Nos convierte en una ventanilla única para nuestros clientes", afirma Kenison. "Si su pieza no se ajusta a nuestros servicios de fabricación interna, podemos seguir suministrándosela. Creemos que los clientes acudirán a nosotros más a menudo si no tienen que intentar elegir entre otros proveedores para conseguir sus piezas."

Otra iniciativa centrada en el cliente fue el lanzamiento en 2021 por parte de Protolabs de su renovada plataforma digital interactiva de presupuestos, que cuenta con una interfaz más moderna, una navegación fluida, análisis de fabricación interactivos y precios en tiempo real. Permite a los clientes cargar un modelo CAD en protolabs.com, elegir el material y las opciones de acabado de las piezas, conocer cómo influye esa elección en el plazo de entrega de la pieza y en su fabricabilidad, antes de encargar las piezas. Los usuarios pueden trabajar con el sistema por su cuenta, y los ingenieros de Protolabs, así como la funcionalidad de chat, están disponibles para ayudar en el proceso.

Pedersen señaló que los servicios de Protolabs aceleran directamente los esfuerzos de desarrollo de productos de sus clientes. "Suministramos piezas buenas, fiables y rápidas", afirma. "Como nuestra entrega es tan rápida, nuestros clientes -nuestros socios- pueden iterar diseños y desarrollar piezas con mayor celeridad. Si un diseño tiene 12 piezas y el plazo de entrega más largo de una de las piezas de otro fabricante es de 12 semanas, se tardará 12 semanas en obtener esa iteración del diseño. Si Protolabs puede hacer esas 12 piezas en 7 días, el tiempo de iteración pasa a ser de solo 7 días. Nuestro enfoque en las necesidades del cliente, nuestro uso de tecnología como las máquinas Mazak Multi-Tasking, nuestra estrategia global de digitalización y nuestra reputación de fiabilidad hacen que nuestros clientes sigan trabajando con nosotros."