Solución de monitorización remota para impresoras 3D

La primera vez que se utilizó una pieza metálica impresa en 3D en un avión comercial fue en 2014. En ese momento, la compañía Airbus produjo un soporte de titanio en una impresora 3D y lo instaló en un avión de pruebas de Airbus. Gracias a ese exitoso prototipo creado rápido por Airbus, toda la industria comenzó a evolucionar.

Asegurar la calidad de los productos en industrias sensibles como la aeroespacial es crucial. Por ejemplo, en la impresión 3D con base de metal, todo el proceso debe ser monitoreado de principio a fin. El seguimiento del material en existencia, la masa fundida, los cambios de temperatura, las dimensiones de los objetos, etc. es vital para asegurar la calidad. En este artículo hablaremos de cómo se utilizan las plataformas Lanner Intelligent Edge en las soluciones de supervisión remota de las impresoras 3D.

Resumen

El proceso de impresión industrial en 3D lleva tiempo y requiere que el personal esté en el lugar, vigilando continuamente para detectar fallos y completar el trabajo. Aunque la videovigilancia puede ayudar a la supervisión remota, tiene muchas limitaciones. Los datos de vídeo pueden exigir recursos; generan datos masivos, requieren un gran ancho de banda y su procesamiento puede ser intensivo. Además, con el video, no hay manera de automatizar la supervisión. Todavía se necesita un conjunto de ojos humanos detrás de un monitor.

Revisaremos una solución de monitorización de impresión en 3D que ayuda a resolver los retos de los fabricantes.  Utiliza cámaras, hardware intelligent edge (LEC-2290 de Lanner), y software de vigilancia y análisis.

La solución presentada en este informe satisface las necesidades de diferentes industrias que utilizan la fabricación de aditivos, desde la construcción de turbinas y motores, ortopedia, aeroespacial, piezas de producción, herramientas, etc.

Desafíos

Es común ver defectos en los productos y alteraciones dimensionales mientras se imprime en 3D. Pero estos fallos deben ser minimizados o incluso eliminados cuando se fabrican piezas para industrias sensibles como la aeroespacial y la de defensa.

La supervisión de la impresión industrial en 3D puede ser un reto, especialmente en los procesos de fabricación de aditivos en serie que tratan materiales difíciles como el metal o el policarbonato.

Los siguientes son dos desafíos comunes al monitorear los procesos de impresión industrial en 3D: 

La supervisión de todo el proceso de impresión en tiempo real es un desafío

La impresión en 3D debe ser supervisada durante todo su proceso para evitar la pérdida de material de impresión, el tiempo del operador y asegurar la calidad del producto. Aunque algunas impresoras 3D vienen con monitores simples incorporados, actualmente no existen sistemas avanzados de control remoto y supervisión en tiempo real de las impresoras 3D. La vigilancia de los fallos y la finalización de los trabajos durante los procesos de impresión en 3D debe hacerse in situ, ya sea por operadores o cámaras de vídeo.

La vigilancia de la fabricación de aditivos industriales puede exigir recursos

Una solución para supervisar todo el proceso de impresión en 3D en tiempo real es la videovigilancia remota. Esta solución funciona bien para pequeñas producciones, pero puede ser un desafío para las producciones más grandes y más sensibles. La cantidad de datos de vídeo generados por más de seis impresoras seriales 3D puede ser abrumadora de transmitir y analizar.

Además, el envío de todos estos datos para su procesamiento externo en la nube requeriría un gran ancho de banda y comunicaciones de baja latencia.

Solución

La solución presentada en este informe ayuda a resolver los problemas comunes de la vigilancia de los procesos de fabricación de aditivos industriales.

Sigue continuamente las condiciones externas de la producción de impresión en 3D usando cámaras o sensores. La solución utiliza algoritmos de aprendizaje automático o de visión para mejorar la precisión de la monitorización y automatizar todo el proceso. Cuando un valor normal se desvía de un umbral predefinido, el proceso puede detenerse y el problema puede notificarse rápidamente al fabricante. La solución también puede emplear imágenes térmicas para ayudar a la supervisión del proceso de fusión de la impresión en 3D basada en el metal.

 La solución abarca los siguientes elementos diferentes.

Cámaras y sensores

La mayoría de las impresoras 3D de hoy en día vienen con un sistema de monitoreo incorporado. Estas impresoras tienen un sensor integrado ubicado alrededor de la boquilla para detectar la falta de material de alimentación o las fallas de la boquilla – no muy diferente de las impresoras 2D. Pero para expandirse a formas más amplias de monitoreo, una impresora 3D puede ser bien combinada con sensores o cámaras externas que recolectan datos sobre el proceso de impresión 3D.

Por ejemplo, las cámaras de imágenes térmicas pueden ayudar a recoger las temperaturas de fusión de diferentes polvos metálicos durante el proceso de impresión. O bien, los sistemas de exploración óptica integrales con múltiples cámaras pueden proporcionar un análisis dimensional y geométrico de un objeto con la ayuda de algoritmos de visión artificial.

Hardware – Intelligent Edge Box

LEC-2290 de Lanner es el cerebro de la operación de monitoreo. Es un componente crucial para monitorear, analizar y controlar los procesos industriales de impresión en 3D.

El LEC-2290 de Lanner es una computadora de borde de red inteligente de computación intensiva que funciona en el sitio (on-site). Ejecuta cargas de trabajo que exigen recursos y está optimizado para el análisis de imágenes. La capacidad del LEC-2290 es perfecta para ejecutar algoritmos de visión por computadora. Incluso se puede ampliar con GPU adicionales, VPU y FPGA para un potente procesamiento de vídeo.

LEC-2290 Puntos destacados adicionales:

  • Soporte para Intel® Core™ i7-8700T/i7-8700. LEC-2290 se basa en el Intel Core i7-8700T/i7-8700 para proporcionar una mayor eficiencia energética y ejecutar las aplicaciones más rápidamente.
  • Expansión GPU Incluye una tarjeta gráfica integrada, Intel® UHD Graphics 630, para mejorar el rendimiento de los gráficos. Pero la capacidad de la GPU también se puede ampliar con más GPUs, o también con VPU y FPGA.
  • Memoria y almacenamiento rápidos. El LEC-2290 viene con dos DDR4 2133/2400 SO-DIMM con una capacidad máxima de 32GB. Este tipo de memoria ayuda a la CPU y a las GPU a cambiar rápidamente entre el procesamiento de ejecución de imágenes.
  • Soporte para el kit de herramientas Intel OpenVINO y el motor de inferencia Movidius. OpenVINO (Open Visual Inference and Neural network Optimization) permite el rápido desarrollo de aplicaciones que modelan el ojo humano. El Movidius es una Unidad de Procesamiento de Visión (VPU) que permite que las exigentes cargas de trabajo de visión por ordenador y de IA funcionen de forma eficiente.

Software de monitoreo y análisis

El otro componente vital de la solución de control de fabricación de aditivos es el software. Hoy en día, la mayoría de los programas de monitorización de impresión 3D industriales funcionan en la nube. Las cámaras de las instalaciones alimentan sus datos a un sistema basado en la nube que ejecuta los flujos de trabajo inteligentes.

Pero mantener los datos para su procesamiento in situ es crítico para ciertas industrias, en lo que se refiere a la supervisión y seguridad de baja latencia. Para ejecutar la mayoría de los procesos en el sitio, el software se ejecuta en la parte superior del dispositivo de borde de inteligencia. El software optimizado para la impresión en 3D puede realizar lo siguiente (aunque no está limitado a ello)

  • Proporcionar la inteligencia. Algoritmos de aprendizaje automático y de visión artificial.
  • Proporcionar profundos conocimientos sobre las piezas de producción y los prototipos en tiempo real.
  • Levantar alarmas, alertas o ejecutar operaciones que pausan/paren el proceso de impresión.
  • Proporcionar vigilancia por vídeo del proceso de impresión a distancia y en tiempo real.

Beneficios

Recoger los datos del proceso de impresión en 3D y analizarlos in situ proporciona fantásticos beneficios. Estos beneficios incluyen la supervisión en tiempo real y a distancia, la mejora de los procesos y la garantía de calidad, el mantenimiento predictivo de los equipos y la mejora de la seguridad.

  1. Monitoreo remoto en tiempo real. Las comunicaciones en tiempo real a distancias remotas requieren una cosa: baja latencia. Menos datos viajando de ida y vuelta harán que las comunicaciones en tiempo real sean más «reales».
    Con la solución de monitorización de impresión 3D, el procesamiento y análisis de los datos recogidos por las cámaras y sensores se realizan in situ. Por lo tanto, no hay necesidad de enviar enormes cantidades de datos a un centro de datos en el extranjero.
  2. Seguridad. El aparato de borde inteligente procesa y analiza un porcentaje significativo de datos in situ. Esta solución reduce la cantidad de datos que deben enviarse a un servidor de vigilancia basado en la nube, eliminando el riesgo y la exposición de las transmisiones por Internet.
  3. Asegurar la calidad de los productos y mejorar los procesos de fabricación. En las líneas de ensamble de manufactura aditiva (especialmente para industrias sensibles como la aeroespacial), el cumplimiento de las normas de producción de alta calidad suele ser cuidadosamente controlado por el cumplimiento.
    La aplicación de algoritmos de aprendizaje automático o de visión artificial (MV) ayudará a garantizar el cumplimiento y la calidad del producto cuando se fabriquen con impresoras 3D. Estos algoritmos permiten a la impresora tomar acciones correctivas inteligentes a través de un proceso de monitoreo automatizado. Por ejemplo, en la fabricación en serie de aditivos metálicos, el uso de imágenes térmicas más MV ayuda a proporcionar una supervisión completa de la reacción de fusión de los materiales.
  4. Mantenimiento predictivo. La solución inteligente de supervisión de las impresoras 3D también ayuda a emplear el mantenimiento predictivo en las impresoras. El mantenimiento predictivo ayuda al personal a mantener proactivamente sus máquinas en funcionamiento. Predice cuando el equipo puede fallar para que se pueda realizar el procedimiento de mantenimiento adecuado de antemano. El mantenimiento predictivo se basa en los datos recogidos por los sensores o las cámaras y en la evaluación realizada por la caja de borde inteligente.

Palabras finales

Para más información sobre otros Intelligent Edge Appliances o la Solución de Monitoreo de Impresión 3D con LEC-2290, por favor contacte a un representante de ventas de Lanner.

 

Foto por Tom Claes en Unsplash


Related Posts