Optimización y estudio de un prototipo de un bolígrafo perforador de metal a través de MatLab

Abstract

Con la ayuda de la automatización las empresas buscan optimizar la producción, para hacer sus métodos de trabajo más eficaces maximizando beneficios. Gravotech desea ofrecer una solución eficaz, económica y rápida para el marcaje de piezas metálicas. Actualmente, la empresa ofrece unas herramientas capaces de marcar a profundidades y velocidades diferentes en el metal. Gravotech busca optimizar sus aparatos de marcaje, mejorando las características de las técnicas de marcaje de micro-percusión, concretamente el estilete, herramienta vibrante encargada del marcaje.

El objetivo del proyecto es crear un modelo valido del estilete real, un prototipo de una nueva generación de estiletes que permitan tener un compromiso entre frecuencia, profundidad y presión de alimentación. En términos del proyecto, el programa Matlab desarrollado permitirá de evaluar diferentes diseños de estiletes para frecuencias y profundidades de marcaje deseadas, con el objetivo de modificar el diseño de sus estiletes originales y mejorar sus cualidades.

Se ha diseñado un programa capaz de simular el comportamiento del estilete S22 en funcionamiento, incluso alterando los parámetros que definen el diseño del estilete. Lo que ofrece al grupo Gravotech la posibilidad de conocer el comportamiento de un estilete en funcionamiento sin la necesidad de construirlo, minimizando enormemente los costes de fabricación de estiletes a testear.

Por otro lado, un segundo programa, que hace uso del primero, busca en un rango de parámetros el estilete optimo en frecuencia y profundidad en función de la presión de entrada suministrada. Como conclusión, se llega a un diseño del estilete S22 mejorado, con mejor rendimiento y que cumple los requisitos iniciales. De los 174 Hz y con una profundidad de 195 µm, se llega a los 362.1826 Hz y con una profundidad de 326.1615 µm, superando los objetivos pedidos.

Through automation, companies want to enhance their production in order to make their working methods more efficient to optimize their profits. That is why Gravotech wants to offer an efficient, economical and fast solution for marking metal parts. Currently, the company offers devices capable of marking at different depths and speeds in metal. Gravotech is now looking for a way to optimize these marking devices by improving the performance of its micro-percussion marking techniques and his stylus, the vibrating tool who makes the mark in the metal.

The purpose of this project is to validate this model with the real one, a prototype who will lead to new stylus generation allowing a compromise between frequency, depth and pressure. In the end, the MATLAB programme designed allows to evaluate designs of stylus for specific frequency and depth constraints to improve the stylus performances.

The Matlab program simulates the S22 stylus behaviour for different values of the design parameters. That gives the enterprise the opportunity to test a new design and look at the performances without building a prototype, saving huge quantities of money in fabrication and studies.

On the other hand, a second program which uses the first one, searches within a parameter range, the most cost-effective stylus for a frequency and depth marcage respectively the input pressure (energy source in micro-percussion stylus). At the same time, an improved S22 stylus design was rendered. It prints with a frequency of 362.1826 Hz and a depth of 326.1615 µm. However, the previous stylus prints at 174 Hz and 195 µm depth.