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Robótica colaborativa aplicada ao polimento de moldes

01 Fevereiro 2023

O processo de moldação por injeção de plástico recorre à utilização de moldes para materializar os produtos. Sendo este um dos principais processos utilizados na produção de componentes plásticos individualizados, existem diversos requisitos que o molde deverá cumprir para obter uma peça livre de defeitos (“Zero-Defect Production”).


Quando as peças apresentam zonas visíveis ao utilizador, é necessário que as superfícies moldantes (do molde) tenham acabamento de alto brilho. Para obtenção destas superfícies é necessária uma fase de acabamento final de polimento que, tipicamente, é realizada de forma manual por um operador altamente especializado.


O polimento manual é realizado através de movimentos repetitivos e, tentativamente, com uma força constante. Os movimentos são adaptados pelo polidor em cada momento, atendendo, à geometria e configuração da superfície, à sua perceção sobre a evolução do trabalho, à configuração ou características da superfície, e aos resultados evolutivos do trabalho. Assim, esta é uma tarefa de elevada especialização técnica, que está muito dependente da experiência do polidor.


O processo de polimento é, por natureza, lento e demorado, suportado em movimentos repetitivos, e os operadores utilizam diferentes tipos de ferramentas, nomeadamente, pedras de polimento ou lixas, ferramentas planas ou rotativas, entre outras tipologias, de acordo com o volume de material a remover ou a qualidade de superfície requerida.


Os polidores assumem posturas de trabalho desconfortáveis em operações monótonas e de elevado esforço físico durante muitas horas, o que promove a ocorrência de lesões ocupacionais graves e incapacitantes ao fim de algum tempo, contribuindo diretamente para o aumento do absentismo por baixa médica, e dificulta a atração de novos técnicos polidores. Neste contexto, as empresas têm desenvolvido novas soluções tecnológicas (Human Centred Manufacturing), que contribuem para aliviar o operador, reduzindo a necessidade da sua intervenção, mantendo, e se possível elevando, a qualidade do trabalho realizado, mas que permitam também mitigar a escassez de especialistas.


Uma possível solução passa por realizar um acabamento mais fino com as tecnologias de fabrico (HSM, Laser ou outras), assegurando superfícies de elevada qualidade, superficial, geométrica e rigor de forma. No entanto, estas soluções conduzem a um aumento considerável do tempo de fabrico e dos custos associados aos processos produtivos, reduzindo a eficiência e a competitividade da oferta. Outras alternativas passam pela utilização de células robóticas industriais, tipicamente utilizadas na indústria automóvel em operações de soldadura ou pintura.


No entanto, estas abordagens requerem tempos de setup elevados e podem envolver erros de posição e conduzir a colisões, singularidades ou fins de curso, que poderão condicionar o sucesso da operação de polimento.


O projeto POLIBOT - Robótica Colaborativa Inteligente para Polimento de Moldes em Aço é um projeto IDT em copromoção, que envolve as empresas NORCAM e TJ AÇOS, o Centro Tecnológico CENTIMFE, e a Universidade de Coimbra. Este projeto tem como objetivo desenvolver, validar e demonstrar um sistema de polimento com base na utilização de robôs colaborativos capazes de realizar o polimento em superfícies moldantes complexas.


O POLIBOT investiga as variáveis do processo de polimento e os protocolos de polimento, que envolvem material, especificações, ferramenta, parâmetros, para criar uma solução inovadora. O projeto foca-se nas tarefas mais repetitivas do polimento humano e nos seus movimentos, e propõe a realização das mesmas por robôs colaborativos. O trabalho tem por base algumas das fases iniciais do acabamento das superfícies moldantes, as quais requerem menor rigor, para desta forma libertar o operador para outras tarefas de maior valor e reduzir a sua afetação a operações repetitivas ou exposição a vibrações. Espera-se que esta nova metodologia de polimento permita melhorar a reprodutibilidade da qualidade superficial da ferramenta moldante, visto estar menos sujeita às alterações da condição do operador-humano.




Sendo a qualidade do polimento superficial muito influenciada pela magnitude das forças aplicadas, é evidenciada a vantagem de utilizar robôs colaborativos por estes incorporarem sensores de “force feedback” que acompanham os esforços realizados em tempo real, possibilitando assim a sua correção. Isto é, o controlador do robô tem a possibilidade de detetar colisões e compensar o aumento do esforço exercido sobre ele, por exemplo desviando-se ou recuando a ferramenta na direção normal da mesma, bem como compensar o desgaste da pedra de polimento durante o processo. Neste contexto, arquiteturas de controlo robótico complacente terão de ser desenvolvidas, bem como as interfaces humano-robô de mixed/virtual reality, de forma a melhorar significativamente o processo de polimento. A aprendizagem robótica autónoma baseada em padrões sensoriais é também explorada, tendo como ponto de partida os conhecimentos (skills) humanas recolhidas de operadores experientes.


A solução em desenvolvimento no POLIBOT apresenta características distintas que se irão repercutir em ganhos de competitividade para os fabricantes de moldes, pelo aumento da disponibilidade dos polidores para tarefas de maior valor e para realizar as tarefas com melhor qualidade; e em ganhos de qualidade de vida e bem-estar dos operadores proporcionados pela melhoria das condições de trabalho.


O projeto de investigação POLIBOT segue um modelo de desenvolvimento centrado nas Pessoas e no Conhecimento (Human Centred Manufacturing), com aplicação da Robótica Colaborativa como solução para o Polimento de Moldes para Injeção de Plástico, e consubstancia o desenvolvimento de um caminho estratégico inovador para as empresas do Cluster Português Engineering & Tooling na senda da sua afirmação diferenciada e competitiva no mercado internacional.


Este texto foi elaborado no âmbito do projeto IDT em copromoção POLIBOT - Robótica Colaborativa Inteligente para Polimento de Moldes em Aço, Projeto POCI-01-0247-FEDER-047158, financiado pelo programa COMPETE 2020, Portugal 2020, e UE.





Texto: António Baptista, Bruno Campos e Tiago Silva (CENTIMFE), Nânci Alves e Luís Pereira (TJ Aços) e Vítor Augusto (NORCAM)