2 robotica industrial definicion caracteristicas aplicaciones

7/27/2019 2 Robotica Industrial Definicion Caracteristicas Aplicaciones

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DEPARTAMENTO DE ENERGA Y MECNICA

INGENIERA ELECTROMECNICA Y MECATRNICA

ROBTICA INDUSTRIAL

DEFINICIONES, CARACTERSTICAS Y APLICACIONESDEL ROBOT INDUSTRIAL

Ing. Marco Singaa


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DEFINICIONES DEL ROBOT INDUSTRIAL

Existen ciertas dificultades a la hora de establecer una definicin formal de lo que esun robot industrial:

La primera de ellas surge de la diferencia conceptual entre el mercado japons y eleuro-americano de lo que es un robot y lo que es un manipulador:

Para los japoneses un robot industrial es cualquier dispositivo mecnico dotadode articulaciones mviles destinado a la manipulacin.

En el mercado occidental es ms restrictivo, exigiendo una mayor complejidad,sobre todo en lo relativo al control.

En segundo lugar, y centrndose ya en el concepto occidental, aunque existe una ideacomn acerca de lo que es un robot industrial, no es fcil ponerse de acuerdo a la horade establecer una definicin formal. Adems, la evolucin de la robtica ha ido

obligando a diferentes actualizaciones de su definicin.

Hoy la palabra robot industrial tiene diferentes definiciones:

Una mquina programable, de propsito general, que posee ciertas caractersticasantropomrficas, es decir, con caractersticas basadas en la figura humana1

La caracterstica antropomrfica ms comn en nuestros das es la deun brazo mecnico, el cual realiza diversas tareas industriales.

Manipulador multifuncional reprogramable, capaz de mover materias, piezas,

herramientas, o dispositivos especiales, segn trayectorias variables, programadaspara realizar tareas diversas2.

Un manipulador multifuncional reprogramable con varios grados de libertad, capaz demanipular materias, piezas, herramientas o dispositivos especiales segn trayectoriasvariables, programadas para realizar tareas diversas3.

En esta definicin se incluye la necesidad de que el robot tenga variosgrados de libertad.

Manipulador: mecanismo formado generalmente por elementos en serie, articulados

entre s, destinado al agarre y desplazamiento de objetos. Es multifuncional y puedeser gobernado directamente por un operador humano o mediante dispositivo lgico.

Robot: manipulador automtico servo-controlado, reprogramable, polivalente, capazde posicionar y orientar piezas, tiles o dispositivos especiales, siguiendo trayectoriavariables reprogramables, para la ejecucin de tareas variadas. Normalmente tiene la

forma de uno o varios brazos terminados en una mueca. Su unidad de control incluye

1 Groover Mikell. Libro: Automation, Production Systems and Computer Integrated Manufacturing2 Es la definicin ms comnmente aceptada, esta propuesta por la Asociacin de Industrias de Robtica

(RIA, Robotic Industry Association)3 Definicin adoptada por la Organizacin Internacional para la Estandarizacin (ISO): ISO 8373


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un dispositivo de memoria y ocasionalmente de percepcin del entorno. Normalmentesu uso es el de realizar una tarea de manera cclica, pudindose adaptar a otra sincambios permanentes en su material4.

Una mquina de manipulacin automtica, reprogramable y multifuncional con tres

o ms ejes que pueden posicionar y orientar materias, piezas, herramientas odispositivos especiales para la ejecucin de trabajos diversos en las diferentes etapasde la produccin industrial, ya sea en una posicin fija o en movimiento5.

En resumen, un robot industrial a un dispositivo de maniobra destinado a ser utilizado

en la industria y dotado de uno o varios brazos, fcilmente programable para cumplir

operaciones diversas con varios grados de libertad y destinado a sustituir la actividad

fsica del hombre en las tareas repetitivas, montonas, desagradables o peligrosas.

DESCRIPCIN DE UN ROBOT EN FUNCIONAMIENTO

Un robot es un sistema mecnico articulado dotado de accionamientos (elctricos,hidrulicos o neumticos) que arrastran a las articulaciones del robot mediantetransmisiones (cables, cintas, correas con muescas).

Para conocer en todo instante la posicin de las articulaciones en un entorno,se utilizan captadores propioceptivos (codificadores pticos). stos dan elvalor a las articulaciones, o sea la configuracin o el estado del robot.

Mediante captadores exteroceptivos (sensores como cmaras, detectores defuerzas, detectores de proximidad, detectores tctiles) se toman informaciones

sobre el entorno.

Campo de trabajo

En general, el campo de trabajo es el universo en que est sumergido elmanipulador. En este espacio, el robot puede encontrar obstculos que ha deevitar y objetos de inters con los que tiene que actuar. Especficamente:

Es el volumen espacial dentro del cual el robot puede situar el extremo desu mueca.

Est limitado por las envolventes que se producen al mover los ejes del

robot entre sus posiciones mnimas y mximas. Influye en el grado de accesibilidad de ste a las diferentes mquinas o

elementos de la instalacin, por lo que cuando se desea robotizar unainstalacin es necesario estudiar, la distribucin de elementos en el entornodel robot.

4Definicin ms completa, establecida por la Asociacin Francesa de Normalizacin (AFNOR)

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Definicin establecida por, Federacin Internacional de Robtica (IFR, International Federation ofRobotics)


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COMPONENTES DE UN ROBOT INDUSTRIAL

Un robot industrial est formado por:

1. Manipulador2. Cables3. Unidad de Control o Controlador4. Dispositivo de Entrada/salida de datos5. Otros dispositivos.

MANIPULADOR

Mecnicamente, es el componente principal del robot industrial. Un manipulador

robtico consta de una secuencia de elementos estructurales rgidos, denominados


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enlaces o eslabones, conectados entre s mediante juntas o articulaciones, quepermiten el movimiento relativo de cada dos eslabones consecutivos.

Una articulacin puede ser:

Lineal (deslizante, traslacional o prismtica), si un eslabn desliza sobre un ejesolidario al eslabn anterior.

Rotacional, en caso de que un eslabn gire en torno a un eje solidario al

eslabn anterior.

A los manipuladores robticos se les suele denominar tambin brazos de robot por laanaloga que se puede establecer, en muchos casos, con las extremidades superioresdel cuerpo humano.

La configuracin de la estructura mecnica de los robots industriales no busca unarplica humana, sino funcional.

Tipos de articulaciones de unrobot:a) Linealb) Rotacional


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Componentes del manipulador

En general, las partes que conforman el manipulador reciben, entre otros, los nombresde:

Cuerpo

Brazo Mueca Efector final (conocido comnmente como sujetador o gripper)

Sin embargo, dependiendo de las caractersticas del manipulador tales como nmerode grados de libertad, posibilidad de extensin de brazos, ste puede estar formadopor otras articulaciones adicionales; tal es el caso del manipulador KUKA que tiene lassiguientes articulaciones:

UNIDAD DE CONTROL

Es el cerebro del robot industrial; ste puede ser desde un autmata programable(PLC) para los menos avanzados; hasta un miniordenador numrico omicroprocesador, para los ms avanzados. Este componente regula cada uno de losmovimientos del manipulador, las acciones, clculos y procesado de la informacin. Elcontrolador recibe y enva seales a otras mquinas-herramientas (por medio deseales de entrada/salida) y almacena programas.

1. Brazo2. Mueca central3. Brazo de oscilacin4. Columna giratoria5. Base


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Existen varios grados de control que son funcin del tipo de parmetros que seregulan, lo que da lugar a los siguientes tipos de controladores: de posicin,cinemtico, dinmico y adaptativo.

El cerebro, es el que tiene el papel principal, contiene en sus memorias:

Un modelo del robot fsico: Las seales de excitacin de los accionadores y losdesplazamientos que son consecuencia de ellas.

Un modelo del entorno: Descripcin de lo que se encuentra en el espacio quepuede alcanzar.

Programas: Permite comprender las tareas que se le pide que realice.

Algoritmos de control.

DISPOSITIVOS DE ENTRADA Y SALIDA DE DATOS

Los ms comunes son: Unidad de Programacin (Teach Pendant), Monitor, teclado,ratn, etc.; aunque algunos robots nicamente poseen uno de estos componentes.

Los dispositivos de entrada y salida permiten introducir y, a su vez, observar losdatos del controlador.


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OTROS DISPOSITIVOS

Entre stos se encuentran:

SISTEMA SENSORIAL EXTERNO:

Sensores de visin, tacto, movimiento, etc.

SISTEMAS MECNICOS:

Ejes que facilitan el movimiento transversal del manipulador

Estaciones de ensamblaje, que son utilizadas para sujetar las distintaspiezas de trabajo.


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Cada articulacin del manipulador provee al robot de al menos un "grado de libertad";en otras palabras, las articulaciones permiten al manipulador realizar:

Movimientos Lineales, que pueden ser horizontales o verticales. Movimientos angulares.

GRADOS DE LIBERTAD

Una de las principales caractersticas que definen a los robots lo constituyen los"grados de libertad" que posea. Hablar de "grados de libertad" equivale a decir nmeroy tipo de movimientos del manipulador.

Se denomina grado de libertad (g.d.l.) a cada una de las coordenadas independientesque son necesarias para describir el estado del sistema mecnico del robot (posicin yorientacin en el espacio de sus elementos). Normalmente, cada par eslabn-articulacin tiene un solo grado de libertad, ya sea de rotacin o de traslacin.

Entonces si se pretende que un robot industrial posicione y oriente su extremo(incluido la pinza o herramienta) de cualquier modo en el espacio, se precisarn almenos seis grados de libertad. Los grados de libertad del brazo de un manipulador

estn directamente relacionados con su anatoma, o configuracin.

Para posicionar y orientar un objeto de cualquier manera, en el espacio, son

necesarios seis parmetros, tres para definir la posicin y tres para definir laorientacin.


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A la mueca de un manipulador le corresponden los siguientes movimientos o gradosde libertad, como lo muestra el siguiente modelo:

Giro (Hand Rotate) Elevacin (Wrist Flex)

Desviacin (Wrist Rotate)

Cabe hacer notar que existen muecas que no pueden realizar los tres tipos demovimiento.

Tambin existen casos, en los que se precisan ms de seis grados de libertad, para

que el robot pueda tener acceso a todos los puntos de su entorno. Tal es el caso de unentorno con obstculos, al dotar al robot de grados de libertad adicionales le permitiracceder a posiciones y orientaciones de su extremo a las que, como consecuencia de

los obstculos no hubiese llegado con seis grados de libertad.

Cuando se aumenta el grado de libertad, se incrementa la maniobrabilidad o elvolumen del espacio al que puede acceder. Cuando el nmero de grados delibertad es mayor a los necesarios para realizar una determinada tarea, se dice

que el robot es redundante.


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PROPIEDADES CARACTERSTICAS DE LOS ROBOTS

VERSATILIDAD. Potencialidad estructural de ejecutar diversas tareas y/o ejecutar unamisma tarea de forma diversa. Esto impone al robot industrial una estructura mecnicade geometra variable.

AUTOADAPTABILIDAD AL ENTORNO. Significa que un robot debe, por s solo,alcanzar su objetivo (ejecutar su tarea) a pesar de las perturbaciones imprevistas delentorno a lo largo de la ejecucin de su tarea. Esto supone que el robot seaconsciente de su entorno y que por lo tanto posea sentidos artificiales (sensores).

PRECISIN DE MOVIMIENTOS. La precisin de movimientos en un robot industrialdepende de tres factores: La resolucin espacial, la exactitud, y la repetibilidad.

Resolucin Espacial: Se define como el incremento ms pequeo de movimiento

que puede ejecutar un robot industrial. Depende: Directamente del control del sistema De las inexactitudes mecnicas del robot.

Del control del sistema, porque ste precisamente es el medio para controlartodos los incrementos individuales de una articulacin. Las inexactitudes

mecnicas se encuentran estrechamente relacionadas con la calidad de loscomponentes que conforman las uniones y las articulaciones. Como ejemplos deinexactitudes mecnicas pueden citarse: La holgura de los engranes Las tensiones en las poleas Las fugas de fluidos, etc.

Para explicar con mayor detalle el trmino resolucin espacial, se toma comoreferencia la siguiente figura: Se supone que utilizando el panel de control, se

mueve al robot del punto P1 al punto P2; en este caso P2 representa el menorincremento que se puede mover el robot a partir de P1.

Si se observan estos incrementos en un plano, se vera como una cuadricula. Endonde en cada interseccin de lneas se encuentra un punto "direccionable"; esdecir, un punto que puede ser alcanzado por el robot.


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As, la resolucin espacial puede definirse tambin como: La distancia mnimaentre dos puntos adyacentes (distancia entre los puntos P1 y P2).

Exactitud: Se refiere a la capacidad de un robot para situar el extremo de sumueca en un punto sealado dentro del volumen de trabajo, tal que se

aproxime al verdadero valor deseado. La exactitud mantiene una relacindirecta con la resolucin espacial; es decir, con la capacidad del control delrobot de dividir en incrementos muy pequeos el volumen de trabajo. En lasiguiente figura, si quisiera mover el robot exactamente al punto donde seencuentra la pieza de trabajo, el robot solamente podra acercarse al objetoposicionndose en el punto direccionable ms prximo. En otras palabras, nopodra colocarse exactamente en la posicin requerida.

Factores que afectan a la Exactitud

Un robot presenta una mayor exactitud cuando su brazo opera cerca de labase. A medida que el brazo se aleja de la base, la exactitud se irhaciendo menor. Esto se debe a que las inexactitudes mecnicas seincrementan al ser extendido el brazo.

Otro factor que afecta a la exactitud es el peso de la carga, las cargas mspesadas reducen la exactitud (al incrementar las inexactitudes mecnicas).El peso de la carga tambin afecta la velocidad de los movimientos delbrazo y la resistencia mecnica.

Repetibilidad: Se refiere a la capacidad del robot de regresar al punto que sele program, las veces que sean necesarias.

En el siguiente grfico, al robot se le ubic en el punto programado (PP). Alindicarle mediante un comando de programacin que regrese al punto PP, elrobot se puede colocar en el punto de regreso (PR) o en otro punto de regresoque tenga la misma distancia hacia PP.


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En un robot industrial se espera que la repetibilidad est en el orden de +/-0,0490mm (diferencia entre el punto PP y el PR). En otras palabras, no existe larepeticin absolutamente exacta.

CAPACIDAD DE CARGA: Es el peso en kilogramos que puede transportar o

levantar la garra del manipulador, garantizando sus prestaciones y considerando laconfiguracin ms desfavorable.

La capacidad de carga delimita el peso total; es decir, la pieza que semanipula ms la propia pieza de manipulacin.

La capacidad de carga est condicionada por el tamao, la configuracin yel sistema de accionamiento del robot.

A veces, este dato lo proporcionan los fabricantes, incluyendo el peso de lapropia garra.

VELOCIDAD: Es la mxima velocidad alcanzable por el TCP o por las

articulaciones. En muchas ocasiones, una velocidad de trabajo elevada, aumentaextraordinariamente el rendimiento del robot, por lo que esta magnitud se valoraconsiderablemente al momento de elegir el mismo.La velocidad a la cual puede moverse un robot puede expresarse de dos formas: la

velocidad de cada una de las articulaciones o la velocidad media de la herramientacolocada en su mueca (ms til para el usuario, pero ms difcil de controlar).

ACELERACIN: Es el factor relevante en los movimientos cortos, ya que es en

stos donde los arranques y las paradas son muy significativos. El objetivo en elmovimiento de los robots es conseguir altas aceleraciones para alcanzar

rpidamente la velocidad programada.

TIPO DE ACTUADORES: Son los elementos motrices que generan el movimiento

de las articulaciones. Segn la energa que consuman pueden ser de tipoelectrohidrulico, electroneumtico o elctrico.

PROGRAMABILIDAD: La inclusin de la microelectrnica en el controlador de losrobots industriales, permite la programacin del robot de muy diversas formas. Engeneral, los modernos sistemas de robots admiten la programacin manual,mediante un mdulo de programacin.


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PROGRAMACIN DEL ROBOT

Es en la facilidad de reprogramacin en donde radica la ventaja de utilizacin de losrobots como dispositivos de fabricacin flexibles.

La programacin se ejecuta mediante lenguajes, como:

1. Programacin por guiado o aprendizaje. Consiste en hacer realizar al robot latarea, llevndolo manualmente a la posicin deseada, al tiempo que se registranlas configuraciones adoptadas para su posterior repeticin de manera

automtica.Pasivo. Es el programador el que mueve la estructura del robot, con losactuadores desconectados.

Directo Por maniqu

Activo. El programador mueve las articulaciones utilizando el propio sistemade accionamiento del robot, controlndolo desde una consola de

programacin tambin llamada en Teach Pendant.

2. Programacin Textual. Se escriben las instrucciones, en un lenguajecompatible con el robot; existen los siguientes tipos:

Nivel robot. Movimientos a realizar por el robot.Nivel objeto. Estado de los objetos

Nivel tarea. Objetivo o sub-objetivo a conseguir

Es frecuente la accin conjunta de programacin por guiado y textual.

A manera de ejemplo de programacin, se pretende situar la pieza A, sobre laque se apoya la pieza B, en el interior del orificio de la pieza D. A continuacinse presenta el programa en los tres niveles de manera simplificada y utilizandolenguajes hipotticos.

La programacin del robot es la forma que tiene el usuario de indicar la secuencia deoperaciones que debe ejecutar el robot para llevar a cabo una aplicacin, trabajo otareas de moverse a puntos predefinidos, activar la herramienta, generar esperas de

seales de control, etc.


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Programacin a nivel robot:Operacin de colocar B sobre C

Programacin a nivel objeto:

Disminuye la complejidad del programa. La programacin se realiza de manera ms cmoda. Un planificador de la tarea se encargar de consultar una base de

datos y generar las instrucciones a nivel robot.

Programacin a nivel tarea:

El programa se reduce a una nica sentencia ya que se especificaqu es lo que debe hacer el robot en lugar de cmo debe hacerlo.

3. Programacin oral. Se le habla acerca de los movimientos que tiene que

realizar.


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IMPACTO DE LA ROBTICA

La Robtica es una nueva tecnologa, que surgi como tal, hacia 1960. Hantranscurrido algunos aos y el inters que ha despertado, desborda cualquier previsin.Quizs, al nacer la Robtica en la era de la informacin, una propaganda desmedida

ha propiciado una imagen irreal a nivel popular y, al igual que sucede con elmicrocontrolador, se ha mitificado esta nueva mquina; quede todas formas, nuncadejar de ser eso, una mquina.

IMPACTO EN LA EDUCACIN

El auge de la Robtica y la imperiosa necesidad de su implantacin en numerosasinstalaciones industriales, requiere el concurso de un buen nmero de especialistas enla materia.

La Robtica es una tecnologa multidisciplinar; hace uso de todos los recursos de

ciencias afines, como:

Mecnica.

Cinemtica.

Dinmica.

Matemticas.

Automtica.

Electrnica.

Informtica.

Energa y actuadores elctricos, neumticos e hidrulicos.

Visin Artificial.

Sonido de mquinas.

Inteligencia Artificial.

Realmente la Robtica es una combinacin de todas las disciplinas expuestas, ms elconocimiento de la aplicacin a la que se enfoca, por lo que su estudio se haceimprescindible en Carreras tcnicas. Tambin es muy recomendable su estudio en lasCarreras de Informtica en las reas dedicadas al procesamiento de imgenes,inteligencia artificial, lenguajes de robtica, programacin de tareas, etc.

IMPACTO EN LA AUTOMATIZACIN INDUSTRIAL

El concepto que exista sobre Automatizacin Industrial se ha modificadoprofundamente con la incorporacin al mundo del trabajo del robot, que introduce elnuevo vocablo de "Sistema de Fabricacin Flexible", cuya principal caracterstica

consiste en la facilidad de adaptacin del robot industrial, a tareas diferentes deproduccin.

Las clulas flexibles de produccin se ajustan a necesidades del mercado y estnconstituidas, bsicamente, por grupos de robots, controlados por ordenador. Las

clulas flexibles disminuyen el tiempo del ciclo de trabajo en el taller de un producto y


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liberan a las personas de trabajos desagradables y montonos. La interrelacin de lasdiferentes clulas flexibles a travs de potentes computadores, dar lugar a la factoratotalmente automatizada.

IMPACTO EN LA COMPETITIVIDADLa adopcin de la automatizacin parcial y global de la fabricacin, por parte de laspoderosas compaas multinacionales, obliga a todas las dems a seguir sus pasospara mantener su supervivencia.

Cuando el grado de utilizacin de maquinaria sofisticada es pequeo, la inversin noqueda justificada. Para poder compaginar la reduccin del nmero de horas de trabajode los operarios y sus deseos para que estn emplazadas en el horario normal diurno,con el empleo intensivo de los modernos sistemas de produccin, es preciso utilizarnuevas tcnicas de fabricacin flexible integral.

IMPACTO SOCIAL-LABORAL

El mantenimiento de las empresas y el consiguiente aumento en su productividad,aglutinan el inters de empresarios y trabajadores en aceptar, por una parte lainversin econmica y por otra la reduccin de puestos de trabajo, para incorporar lasnuevas tecnologas basadas en robots y computadores.

Las ventajas de los modernos elementos productivos, pueden ser:

Liberacin del hombre de trabajos peligrosos, desagradables o montonos

Aumento de la productividad, calidad y competitividad. A menudo, queda eclipsadopor el aspecto negativo que supone el desplazamiento de mano de obra(desempleo), sobre todo en tiempos de crisis.

Este temor resulta infundado si se analiza con detalle el verdadero efecto de larobotizacin.

El desempleo generado quedar completamente compensado por los nuevos puestosde trabajo que surgirn en el sector de la enseanza, los servicios, la instalacin, elmantenimiento de robots, pero especialmente por todos aquellos que se mantendrn,como consecuencia de la vitalizacin y salvacin de las empresas que implanten los

robots.

El robot industrial, que se conoce y emplea en nuestros das, surge de la necesidad.Inmersos en la era de la informatizacin, la imperiosa necesidad de aumentar laproductividad y mejorar la calidad de los productos, ha hecho insuficiente laautomatizacin industrial rgida (PLCs, microprocesadores y microcontroladores),

dominante en las primeras dcadas del siglo XX, que estaba destinada a la fabricacinde grandes series de una restringida gama de productos.


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APLICACIONES

Hoy da, ms de la mitad de los productos que se fabrican corresponden a lotes depocas unidades con alta tecnologa. Al enfocarse la produccin industrial modernahacia la automatizacin global y flexible, han quedado en desuso las herramientas

clsicas, que hasta hace poco eran habituales.

INDUSTRIA EN GENERAL

INDUSTRIA DEL PLSTICO

INDUSTRIA DEL ENTRETENIMIENTO

INDUSTRIA ALIMENTICIA


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MEDICINA

INDUSTRIA METALMECNICA

INDUSTRIA AUTOMOTRIZ


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APLICACIONES ESPECFICAS

IMPRESIN & PAPEL

SOLDADURA POR ARCO

PALETIZADO

PRUEBAS


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MECANIZADO AUTOMTICO CNC

BEBIDAS

MADERA & MUEBLES PRODUCTOS ELECTRNICOS

Construccin de modelos/prototipos

Mecanizado de piedra (Partir, Garbar, Pulir)

Mecanizado de madera

Mecanizado de metal

Mecanizado de ncleos de fundicin

Acabados de piezas de fundicin

Desbarbado


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CRISTAL, CERMICA & MINERALES

LOGSTICA

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