ES2264892B1 - Sistema automatico de aplicacion de un fluido solidificable. - Google Patents
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Abstract
Sistema automático de aplicación de un fluido solidificable. Comprende un robot (1) dotado de un cabezal (2) gobernado por un módulo de control (3) que comprende medios de sujeción de un cartucho (15) que incorpora el fluido solidificable (4), incluyendo medios de medida de la velocidad de desplazamiento del brazo robótico (1) para gobernar la aplicación del líquido solidificable (4) en función de la velocidad instantánea de desplazamiento del brazo robótico, de forma que se aplica un régimen de caudal homogéneo de fluido solidificable a lo largo del recorrido de la pieza (5) a tratar en un tiempo reducido. El fluido solidificable (4) es preferentemente de tipo aeronáutico, de los empleados para realizar sellados; pudiendo ser empleado en cualquier otra aplicación en la que se requiera la dosificación de un fluido sellante de forma homogénea a lo largo de una pieza.
Description
Sistema automático de aplicación de un fluido
solidificable.
La invención se refiere a un sistema que tiene
por objeto permitir efectuar la aplicación automática de un fluido
solidificable.
Es otro objeto de la invención el proporcionar
un sistema que controla la aplicación del sellante de forma
homogénea en función de la velocidad de aplicación.
En general la invención es empleada para la
aplicación de cualquier tipo de fluido solidificable y en
particular para la aplicación de un sellante preferentemente
aeronáutico.
En el estado actual de la técnica la aplicación
de un fluido solidificable, como por ejemplo puede ser un sellado
de tipo aeronáutico o similar, se realiza mediante un proceso
manual en el que se obtiene un fluido sellante constituido por una
mezcla de productos, que se deposita en un cartucho que comprende
una boquilla de aplicación y una base desplazable, cuyo
desplazamiento provoca la salida del sellante a través de la
boquilla para aplicar el sellante sobre las piezas a tratar.
Esta aplicación se realiza de forma manual en la
que el desplazamiento de la base del cartucho se efectúa mediante
aire a presión, lo que determina que no se pueda controlar de forma
eficaz tanto la salida del sellante como el movimiento del
cartucho, ya que la aplicación es gobernada manualmente por el
operario y como consecuencia la deposición no es homogénea y
constante, ya que varía tanto el caudal de aplicación como la
distancia de la boquilla del cartucho respecto a la pieza sobre la
que se aplica, lo que además determina que no se asegure la
correcta adherencia, al variar la distancia entre la boquilla y la
pieza, en cuyo caso se producen descolgamientos del sellante,
necesitándose una segunda pasada del sellante para adherirlo bien a
la pieza.
Además el sellante presenta el inconveniente de
que caduca a las dos horas de su preparación, ya que su vistosidad
aumenta según transcurre el tiempo, lo que en la aplicación manual
obliga a desechar grandes cantidades de sellante al solidificarse
antes de terminar su aplicación.
Por otro lado en el estado de la técnica es
conocido el empleo de robots dotados de un brazo robótico que
incluye un cabezal, siendo ambos gobernados por un módulo de
control para provocar su desplazamiento según un recorrido
previamente establecido sobre la estructura de una pieza a tratar,
que preferentemente se aplican para realizar el soldado de piezas,
por lo que estos robots no pueden ser empleados para aplicar un
sellante al no prever un control y mecanismo que permita efectuar
la salida homogénea de un fluido. Por consiguiente no existe una
tecnología en la actualidad que permita realizar la aplicación de
un sellante sobre piezas.
Para conseguir los objetivos y resolver los
inconvenientes anteriormente indicados, la invención proporciona un
sistema que permite efectuar la aplicación automática de un fluido
solidificable, como por ejemplo puede ser un sellante aeronáutico,
que se basa en el empleo de un brazo robótico que está dotado de un
cabezal, siendo éstos gobernados por un módulo de control para
provocar su desplazamiento según un recorrido previamente
establecido sobre la estructura de la pieza a tratar, que es
almacenado en el módulo de control. Además la invención prevé el
empleo de un cartucho en el que se aloja el fluido, y que comprende
una base desplazable y una boquilla para efectuar la aplicación del
fluido. La principal novedad de la invención consiste en que el
cabezal está dotado de medios de sujeción del cartucho y medios de
desplazamiento lineal de la base del cartucho, cuyo accionamiento
es gobernado desde el módulo de control; comprendiendo además medios
de medida de la velocidad de desplazamiento del brazo robótico
para gobernar la velocidad de desplazamiento lineal de la base del
cartucho en función de la velocidad instantánea de desplazamiento
del brazo robótico y aplicar un régimen de caudal homogéneo de
fluido solidificable a lo largo del recorrido de la pieza a
tratar.
Por consiguiente mediante la invención se
controla de forma automática la aplicación del sellante, y todo
ello de forma que esta aplicación del sellante se efectúe de forma
homogénea en función de la velocidad de desplazamiento del brazo
robótico, con lo que se consigue la correcta adherencia del
sellante.
Además este sistema resuelve el problema de la
caducidad de un sellante, ya que al realizar la aplicación
automática ésta se efectúa en un corto período de tiempo durante el
cual no varía la viscosidad del sellante, con lo que se aprovecha
la totalidad del mismo.
La invención prevé que los medios de medida de
la velocidad de desplazamiento del brazo robótico, comprendan un
detector que determina la velocidad de desplazamiento del brazo
robótico a partir de las señales de control generadas por el módulo
de control para provocar el desplazamiento de dicho brazo robótico.
El detector de velocidad está incluido en el módulo de control y
está conectado a un convertidor de señales, que a su vez está
conectado a un módulo de entrada/salida para producir una señal
analógica proporcional a la velocidad de desplazamiento lineal de
la base del cartucho, de forma que se gobierna la aplicación de un
caudal homogéneo de fluido solidificable sobre la pieza a
tratar.
La invención prevé la incorporación de un láser
que está conectado al módulo de entrada/salida y que es gobernado
por el módulo de control para detectar el centro de unas marcas
practicadas en la pieza a tratar, de forma que el sistema conozca la
posición exacta de la pieza respecto al cabezal.
Para realizar esta funcionalidad, además se
prevé que el módulo de control comprenda medios de calibrado del
láser.
También incluye fotocélulas de barrera
conectadas al módulo de control a través del módulo de
entrada/salida para gobernar con precisión la posición del orificio
de salida de boquilla de cartucho según el recorrido previamente
establecido, de forma que la salida de la boquilla se mantiene
siempre a una distancia fija de la pieza, lo que garantiza la
perfecta adherencia de la aplicación del sellante en cualquier
parte de la pieza.
Además se prevé la inclusión de un módulo
palpador que es gobernado por el módulo de control, al que está
conectado a través del módulo entrada/salida, para recorrer las
piezas, previo a la aplicación del fluido solidificable; incluyendo
el módulo de control medios de detección del recorrido que realiza
el palpador sobre las piezas de forma que conoce el camino real que
ha de efectuar el cabezal, habiéndose previsto que el módulo de
control esté dotado de medios de comparación del recorrido
previamente establecido con el recorrido realizado por el palpador
e incluyendo el módulo de control medios de corrección del
recorrido previamente establecido a partir del recorrido realizado
por el palpador, de forma que el sistema presenta una mayor
fiabilidad para mantener siempre la misma distancia de la boquilla
respecto a las piezas al aplicar el fluido solidificable lo que
garantiza la perfecta adherencia de la aplicación del sellante en
cualquier parte de la pieza.
En la realización preferente de la invención,
los medios de desplazamiento lineal de la base del cartucho
comprenden un husillo que está relacionado con un émbolo que
presiona con la base del cartucho al realizar la aplicación del
fluido, y que es accionado por un servomotor cuya velocidad de giro
es gobernada por el módulo de control mediante el detector de
velocidad y a través de la señal analógica que proporciona y que es
proporcional a la velocidad medida.
Para gobernar el recorrido del émbolo, se prevé
que el cabezal esté dotado de elementos de detección de las
posiciones extremas del émbolo de forma que el módulo de control
conoce cuándo éste se encuentra al inicio y fin de carrera.
Para efectuar la aplicación del fluido, es
necesario que el cartucho no contenga en su interior aire, para lo
que la invención prevé la incorporación de medios de purgado manual
del cartucho que accionan el émbolo para evitar que en el inicio de
la aplicación del fluido se formen burbujas. Para ello el usuario
ha de accionar los medios de purgado manual del cartucho que al
accionar el émbolo presionan el fluido, de manera que el usuario ha
de desactivar los medios de purgado manual cuando detecta que por
la salida de la boquilla comienza a salir el fluido de forma
continua.
La invención prevé que el módulo de control esté
dotado de medios para hacer retroceder al émbolo al finalizar la
aplicación del fluido, quedando éste dispuesto para efectuar una
nueva aplicación.
Los medios de sujeción del cartucho comprenden
una vaina roscada para evitar deformaciones del cartucho al
presionar el émbolo contra la base cuando se realiza la aplicación
del fluido.
Para realizar la fijación de la pieza a tratar
se han previsto medios de sujeción que la mantienen en una
posición fija durante la aplicación del fluido.
El sistema de la invención incluye una pantalla
de visualización en la que se muestran los distintos parámetros de
funcionamiento del sistema, así como un teclado de gobierno del
sistema por parte de un operario.
En la realización preferente las piezas a tratar
son de tipo aeronáutico y el fluido solidificable es un sellador,
un adhesivo o combinación de ambos.
A continuación para facilitar una mejor
comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante
de la misma, se acompañan una serie de figuras en las que con
carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto
de la invención.
Figura 1.- Muestra una vista en perspectiva de
un robot en cuya garra se ubica un cabezal dosificador
servoaccionado según la invención.
Figura 2.- Muestra una vista en perspectiva del
cabezal de la figura 1, con la diferencia de que se ha incluido el
cartucho y boquilla de aplicación del sellante mediante el
cabezal.
Figura 3.- Muestra una vista esquemática del
interior del cabezal para facilitar una mejor comprensión de su
funcionamiento.
Figura 4.- Muestra un diagrama de bloques
general del sistema de la invención.
Figura 5.- Muestra un posible ejemplo de
aplicación del sellante sobre una pieza.
Figura 6.- Muestra una vista frontal de la
pantalla de visualización en la que se muestran los distintos
parámetros de procedimiento del sistema, junto con el teclado de
gobierno de funcionamiento del sistema por parte de un
operario.
A continuación se realiza una descripción de la
invención basada en las figuras anteriormente comentadas.
La invención comprende un robot (1) en cuya
garra se ubica un cabezal (2) de aplicación de un sellante (4)
sobre una pieza (5) que es gobernado por el módulo de control (3)
del robot.
El cabezal (2) comprende un servomotor (6) que
produce el giro de un husillo (7) cuyo desplazamiento angular
trasmite un movimiento lineal a una tuerca (8) para lo que incluye
unas varillas (9) que realizan la función de antigiro para evitar
que la tuerca (8) pueda rotar, de forma que únicamente ésta pueda
efectuar un desplazamiento lineal al ser actuada a través del
husillo (7).
Entre el servomotor (6) y el husillo (7) se
dispone un reductor (10) y un acoplamiento elástico (11) que
produce la unión entre el husillo (7) y la salida del reductor
(10).
Además se han previsto unos rodamientos (12) que
garantizan los alineamientos y absorber esfuerzos radiales del
conjunto determinado por el servomotor (6), reductor (10) y
acoplamiento elástico (11).
La tuerca (8) es solidaria de un vástago o
émbolo (13) en cuyo extremo se ha previsto un empujador (14) que
realiza la función de presionar contra la base desplazable (no
representada) de un cartucho (15) contenedor del sellante (4) para
su aplicación mediante una boquilla (16).
El cabezal (2) incluye una camisa exterior (17)
de protección del mecanismo del husillo (7).
En el interior de la camisa (17) se incorporan
dos detectores (18) que detectan las posiciones extremas del
émbolo para permitir gobernar su funcionamiento mediante el módulo
de control (3).
Para poder aplicar correctamente el sellante
(4), el sistema comprende un dispositivo láser (19) mediante el
cual se localiza y mide el centro de las marcas (20) del perfil (5)
sobre el que se aplica el sellante (4), de modo que la pieza (5)
queda perfectamente posicionada desde el punto de vista del robot,
tal y como será comentado con posterioridad. Para ello se prevén
dos marcas situadas en los extremos de la pieza (5).
Además el sistema comprende fotocélulas de
barrera (21) que se utilizan para calibrar la boquilla (16) del
dosificador, es decir para que el robot controle con precisión la
posición del orificio de la boquilla (16) por donde sale el
sellante, tal y como se explicará posteriormente.
Para permitir el gobierno de todos los elementos
descritos mediante el módulo de control (3) del robot, éste se
conecta mediante un interface (22) a un módulo de entrada/salida
(23) al que se conectan el láser (19), sensores de posición
extremas (18) del émbolo (13), el palpador (25) las fotocélulas
(21) y el servomotor (6), cuya conexión se efectúa mediante un
circuito de excitación (24).
Tal y como ya fue comentado la invención realiza
la aplicación homogénea del sellante (4), para lo que el módulo de
control (3) está dotado de medios de medida de la velocidad de
desplazamiento del brazo robótico (1) a partir de las señales que
el módulo de control genera para controlar el desplazamiento de
dicho brazo robótico. La señal de la velocidad de desplazamiento
del brazo robótico proporcionada por el módulo de control (3) es
aplicada al interface (22) que convierte las señales recibidas para
que puedan ser manejadas por el módulo de entrada/salida (23), que
a partir de dichas señales recibidas produce una señal analógica
proporcional a la velocidad de desplazamiento del brazo
robótico.
La señal analógica proporcionada por el módulo
de entrada/salida (23), es una tensión que se aplica al servomotor
(6) a través del circuito de excitación (24) para gobernar su
velocidad de giro y en consecuencia la velocidad de desplazamiento
lineal del émbolo (13).
Para que el cabezal (2) pueda aplicar el
sellante (4) sobre la pieza (5), se introduce en el circuito de
control (3) un programa correspondiente a las coordenadas de todos
los puntos de la trayectoria que ha de seguir el robot para aplicar
el cordón de sellante sobre la pieza (5). Por tanto, es necesario
previamente introducir estas coordenadas en función de la pieza
sobre la que se debe de aplicar el sellante (4).
El módulo de control (3) transforma los
programas existentes correspondientes a las coordenadas de cada una
de las piezas (5), a los programas de lenguaje propios del robot
para gobernar su desplazamiento en función de la estructura de la
pieza (5).
Además el módulo de entrada/salida (23) está
conectado a un módulo palpador (25) que, previamente a la
aplicación del sellante y gobernado por el módulo de control (3),
realiza el recorrido sobre las piezas; incluyendo el módulo de
control (3) medios de detección del recorrido real que realiza el
palpador sobre la estructura real de las piezas, a partir de las
señales proporcionadas por el palpador, medios de comparación del
recorrido propiamente programado con el recorrido real y medios de
corrección del recorrido programado (teórico) según el recorrido
real, de forma que se asegura que la boquilla (16) mantenga siempre
la misma distancia respecto a las piezas (5) sobre las que se
aplica el sellante (4).
Para que el usuario pueda gobernar el
funcionamiento del sistema de la invención se ha previsto la
incorporación de una pantalla (26) y teclado (27) ubicados sobre un
bastidor (29), de forma que en la pantalla (26) se puedan
visualizar los diferentes paramentos de funcionamiento del sistema,
y mediante el teclado (27) se pueda gobernar su funcionamiento.
En base a la descripción realizada, se comprende
fácilmente que para realizar la aplicación de un sellante (4)
sobre una pieza (5), ésta se fija mediante unos soportes (28) de
forma que la mantenga en una posición inamovible respecto al robot
(1). A continuación se sitúa el émbolo (13) del cabezal (2) en su
posición recogida, tal y como se ve en la figura 3 (en la figura 1
se representa en su posición extendida) de forma que a continuación
se coloca el cartucho (15) con la correspondiente boquilla (16)
sobre el cabezal (2). Obviamente el cartucho (15), ha de ser
previamente llenado mediante el sellante (4), el cual se compone
mediante diferentes productos que se encuentran envasados por
separado, y que se mezclan e introducen en el cartucho (15). En
este punto es importante señalar que la mezcla obtenida tiene una
vida útil limitada ya que su viscosidad aumenta progresivamente con
el tiempo, con lo que una vez transcurrido el tiempo de vida útil
no realiza su función y ha de ser desechado, circunstancia que con
el sistema de la invención no se da dado que los tiempos de
aplicación son muy cortos, inferiores al tiempo de vida útil del
sellante (4), a diferencia de la aplicación manual que se daba en
el estado de la técnica, por lo que se aprovecha todo el
sellante.
La fijación del cartucho (15) sobre el cabezal
(2) se efectúa mediante roscado para evitar deformaciones del
cartucho al presionar el émbolo (13) contra la base de dicho
cartucho (15) cuando se realiza la aplicación del fluido (4).
A continuación se calibra la posición de la
boquilla ubicándola sobre las fotocélulas de barrera (21) previstas
en el utillaje de amarre de la pieza (5) de forma que el robot
realiza una calibración de la misma para poder efectuar la
aplicación de forma homogénea.
Una vez realizado el calibrado de la boquilla
(16), el robot se retira a una posición segura y a continuación se
selecciona el programa de deposición correspondiente a la pieza (5)
sobre la que se ha de aplicar el sellante (4).
Seguidamente el robot busca las marcas (20)
incluidas en los extremos de la pieza (5) y calcula sus respectivas
posiciones en función de la estructura de la pieza, y genera las
coordenadas de la misma en función del recorrido realizado por el
palpador (25), de forma que permite al robot seguir la trayectoria
real de la pieza (5).
Antes de efectuarse la aplicación del sellante,
es necesario que éste no contenga aire para permitir realizar la
aplicación homogénea del mismo, por lo que el robot se detiene para
realizar el purgado del sellante, operación que efectúa el operario
a través del teclado (27) y lo indica al módulo de control (3) para
que active el servomotor (6), de la forma que ya fue descrita con
anterioridad, hasta que el sellante comience a salir por el
orificio de la boquilla (16) de forma continua y sin burbujas,
momento en el que el operario provoca la parada del servomotor (6)
que corta la salida del sellante. A continuación al robot comienza
a efectuar la deposición homogénea del sellante (4) en función de
la velocidad del robot (1), de la forma que ya fue comentada con
anterioridad y siguiendo la trayectoria propia del perfil según la
trayectoria calculada a partir de la estructura de la
pieza.
pieza.
Al finalizar la aplicación del sellante (4) el
robot (1) se retira a una posición segura para permitir efectuar la
retirada de la pieza (5) y ubicar una nueva pieza para efectuar su
sellado.
Mientras que el cartucho (15) no se vacíe se
realizan nuevas aplicaciones de la forma ya descrita, con la
salvedad de que no es necesario fijar el cartucho (15) al
encontrarse ya fijado en el cabezal (2).
Mediante la pantalla (26) el operario puede
verificar el avance/retroceso del aplicador, y visualizar mensajes,
el valor de la tensión analógica que se aplica, la velocidad
instantánea del robot, etc.
Por consiguiente mediante el sistema de la
invención y en función de la velocidad de desplazamiento del robot,
se gobierna el desplazamiento del husillo (7) para realizar la
aplicación homogénea de un cordón de sellante (4) a lo largo de la
pieza (5) en un corto período de tiempo.
Claims (15)
1. Sistema automático de aplicación de un fluido
solidificable, que comprende un brazo robótico (1) dotado de un
cabezal, gobernados por un módulo de control para provocar su
desplazamiento según un recorrido previamente establecido sobre la
estructura de la pieza (5) a tratar, que está almacenado en el
módulo de control; estando el fluido (4) alojado en un cartucho
(15) dotado de una base desplazable y de una boquilla (16) de
aplicación; se caracteriza porque el cabezal (2) comprende
medios de sujeción del cartucho y medios de desplazamiento lineal
de la base del cartucho, cuyo accionamiento es gobernado desde el
módulo de control (3); y porque comprende medios de medida de la
velocidad de desplazamiento del brazo robótico (1) para gobernar la
velocidad de desplazamiento lineal de la base del cartucho (15) en
función de la velocidad instantánea de desplazamiento del brazo
robótico (1) y aplicar un régimen de caudal homogéneo de fluido
solidificable (4) a lo largo del recorrido de la pieza (5) a
tratar.
2. Sistema automático de aplicación de un fluido
solidificable, según reivindicación 1 caracterizado porque
los medios de medida de la velocidad de desplazamiento del brazo
robótico comprenden un detector de velocidad del desplazamiento del
brazo robótico, a partir de las señales de control del
desplazamiento de dicho brazo robótico, que está incluido en el
módulo de control (3), y que está conectado a un convertidor de
señales (22), que a su vez está conectado a un módulo de
entrada/salida (23) para producir una señal analógica proporcional
a la velocidad de desplazamiento lineal de la base del
cartucho.
3. Sistema automático de aplicación de un fluido
solidificable, según reivindicación 1 caracterizado porque
comprende un láser (19) conectado al módulo de entrada/salida (23) y
gobernado por el módulo de control (3) para detectar el centro de
unas marcas (20) practicadas en la pieza (5) a tratar y conocer la
posición exacta de ésta respecto al cabezal (2).
4. Sistema automático de aplicación de un fluido
solidificable, según reivindicación 3 caracterizado porque
comprende fotocélulas de barrera (21) conectadas al módulo de
control (3) a través del módulo de entrada/salida (23) para
gobernar con precisión la posición del orificio de salida de
boquilla (16) del cartucho (15) según el recorrido previamente
establecido.
5. Sistema automático de aplicación de un fluido
solidificable, según reivindicación 1, caracterizado porque
comprende un módulo palpador (25) gobernado por el módulo de
control (3) al que está conectado a través del módulo de
entrada/salida (23), para recorrer las piezas; previo a la
aplicación del fluido solidificable, y porque el módulo de control
comprende medios de detección del recorrido que realiza el palpador
(25) sobre las piezas (5), medios de comparación del recorrido
previamente establecido con el recorrido realizado por el palpador
(25), y medios de corrección del recorrido previamente establecido
a partir del recorrido realizado por el palpador (25); todo ello
para mantener siempre la misma distancia de la boquilla (16)
respecto de las piezas (5) al aplicar el fluido solidificable
(4).
6. Sistema automático de aplicación de un fluido
solidificable, según reivindicaciones 1 ó 2 caracterizado
porque los medios de desplazamiento lineal de la base del cartucho
comprenden un husillo (7) relacionado con un émbolo (13) que
presiona contra la base del cartucho (15) al realizar la aplicación
del fluido (4); y que es accionado por un servomotor (6) cuya
velocidad de giro es gobernada por el módulo de control (3)
mediante la señal analógica proporcional a la velocidad medida.
7. Sistema automático de aplicación de un fluido
solidificable, según reivindicación 6, caracterizado porque
el cabezal (2) comprende elementos de detección de posiciones
extremas del émbolo (13).
8. Sistema automático de aplicación de un fluido
solidificable, según reivindicación 6 caracterizado porque
comprende medios de purgado manual del cartucho (15) que accionan
el émbolo (13) para evitar que en el inicio de la aplicación del
fluido se formen burbujas.
9. Sistema automático de aplicación de un fluido
solidificable, según reivindicación 6 caracterizado porque
el módulo de control (3) comprende medios para hacer retroceder al
émbolo (13) al finalizar la aplicación del fluido.
10. Sistema automático de aplicación de un
fluido solidificable, según reivindicación 6 caracterizado
porque los medios de sujeción del cartucho (15) comprenden una
vaina roscada para evitar deformaciones del cartucho (15) al
presionar el émbolo (13) contra la base de dicho cartucho (15)
cuando se realiza la aplicación del fluido (4).
11. Sistema automático de aplicación de un
fluido solidificable, según reivindicación 1 caracterizado
porque comprende medios (28) de sujeción de la pieza (5) a tratar
para mantenerla en una posición fija durante la aplicación del
fluido.
12. Sistema automático de aplicación de un
fluido solidificable, según reivindicación 3 caracterizado
porque el módulo de control (3) comprende medios de calibrado del
láser.
13. Sistema automático de aplicación de un
fluido solidificable, según reivindicación 1, caracterizado
porque comprende una pantalla (26) de visualización en la que se
muestran los distintos paramentos de funcionamiento del sistema y
un teclado (27) de gobierno del sistema por parte de un
operario.
14. Sistema automático de aplicación de un
fluido solidificable, según reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque las piezas a tratar son de tipo
aeronáutico.
15. Sistema automático de aplicación de un
fluido solidificable, según reivindicación 13, caracterizado
porque el fluido solidificable (4) está seleccionado entre un
sellador, un adhesivo y combinación de los mismos.
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