Del concepto a la producción gracias a la fabricación aditiva

Ayer tuve el placer de unirme a cientos de entusiastas de la impresión 3D en el primer simposio sobre fabricación aditiva celebrado por Dassault Systèmes en Chicago. El simposio formaba parte del evento SCIENCE in the Age of Experience que tuvo lugar entre los días 15 y 18 de mayo. El evento tenía como objetivo reunir a los principales expertos y defensores de la fabricación aditiva de todo el mundo y servir de plataforma donde compartir reflexiones sobre las últimas innovaciones, abordar en colaboración los retos del sector, así como generar ideas para acelerar la adopción y el avance de la tecnología. La agenda estaba repleta de líderes del sector, de instituciones gubernamentales y del sector académico. El primer ponente fue Derek Luther, ingeniero de Adidas, que habló sobre la función de la impresión 3D en la creación de la primera zapatilla para correr impresa en 3D de la compañía, la FutureCraft 4D; que cuenta con una estructura de rejilla altamente compleja, como se puede ver en el vídeo que se muestra a continuación. https://www.youtube.com/watch?v=DFtVF2DdSuM La empresa alemana se asoció con Carbon, una empresa de tecnología que emplea un proceso de fabricación aditiva conocido como Digital Light Synthesis (síntesis de luz digital). Luther afirma que, gracias a la adopción de este tipo de fabricación, los ingenieros y diseñadores tienen más libertad para diseñar, pueden repetir los diseños con mayor rapidez porque las piezas se fabrican más deprisa y ahora, además, tienen la posibilidad de adaptar las células de la estructura de rejilla de la zapatilla a cada cliente. La compañía espera producir 5000 pares de estas zapatillas para final de año e incrementar esta cifra durante 2018. El segundo ponente fue John Vickers del Marshall Space Flight Center de la NASA, quien enfatizó la importancia que tiene la fabricación aditiva para las misiones de la NASA, especialmente para la misión a Marte. Teniendo en cuenta que es imposible llevar suministros adicionales y piezas de repuesto en un viaje espacial debido a los costes astronómicos (el juego de palabras es intencionado) de la carga, poder crear piezas con impresoras 3D a bordo es esencial para la misión. Troy Hartwig de Kansas City National Security Campus (NSC) destacó que la fabricación aditiva ha ampliado enormemente la capacidad de los diseñadores para innovar, así como las posibilidades de diseño, con la introducción de nuevas formas antes impensables debido a las limitaciones de los métodos de fabricación tradicionales. «Los avances surgen cuando se deja de pensar en las limitaciones y se añade complejidad a los diseños sin los costes adicionales que esto suele conllevar».

NSC utiliza la impresión 3D para crear prototipos y caracterizar materiales, así como para crear herramientas y fijaciones de diferentes sistemas.  Jerry Feldmiller de Orbital ATK habló sobre la importancia de la participación del sector en dar forma al hardware, el software y los materiales para fabricación aditiva del futuro. Según Feldmiller, su empresa se ha involucrado mucho en este tipo de fabricación. Han probado los componentes de sus vehículos de lanzamiento con máquinas de fabricación aditiva de Stratasys, y cree que este trabajo ha abierto nuevas áreas de investigación en Orbital. Destaca la importancia de que existan grupos de usuarios internos en las empresas que compartan toda la información relevante sobre fabricación aditiva, y que se maximice el uso de este tipo de máquinas entre los equipos y divisiones. Feldmiller considera que los grupos de usuarios externos deben desarrollar activamente prácticas recomendadas de diseño para impresión 3D y compartirlas con la comunidad; así como que el sector académico debe tomar las riendas de las actividades STEM para solucionar la falta de personal cualificado que se sufrirá en el sector: dos millones de puestos de trabajo quedarán desiertos en la próxima década.

La impresión 3D con metal permite simplificar geometrías y ensamblajes complejos, que tradicionalmente habrían requerido varios componentes, en un único ensamblaje rentable sin sacrificar la solidez o la estructura.  Tim Simpson, profesor de la Penn State University, habló sobre los retos y las oportunidades de investigación que ofrece la fabricación aditiva. Según Simpson, ha cambiado drásticamente nuestro enfoque del diseño. Gracias a este tipo de fabricación, los ingenieros pueden diseñar componentes muy ligeros mediante estructuras de rejilla internas, cosa del todo imposible con los métodos tradicionales de fabricación. Puso de ejemplo un implante de cadera de titanio impreso en 3D, que ahora puede pasar del concepto a la aprobación de la FDA en tan solo 14 meses. Otra ventaja es que, gracias a la fabricación aditiva, estos implantes se podrán personalizar por completo conforme al cuerpo del paciente. Jack Rome de The Aerospace Corporation habló sobre la simulación de procesos como parte del desarrollo de piezas fabricadas con métodos aditivos para aplicaciones espaciales. La mayoría podría pensar que la simulación se utiliza para analizar componentes individuales o los ensamblajes de un componente; sin embargo, la validación de piezas para aplicaciones espaciales también requiere la validación del propio proceso de fabricación aditiva. Cuando se diseña para fabricación aditiva, es necesario tener en cuenta la variabilidad de los materiales durante el proceso. También destacó la importancia de establecer estándares del sector para la fabricación aditiva como complemento a los esfuerzos de organizaciones individuales como ASME. A continuación, tomó el testigo de la estandarización Lyle Levine, del National Institute of Standards and Technology (NIST), quien habló sobre la fabricación aditiva con metal. Una de las razones por las que Levine cree que la impresión 3D con metal no está tan extendida es su complejidad inherente. Los coeficientes de enfriamiento de las distintas aleaciones varían considerablemente, por lo que el comportamiento no lineal del material se vuelve más impredecible. Para fabricar piezas metálicas mediante impresión 3D, los usuarios deben utilizar la simulación para sortear este obstáculo. Su empresa está trabajando en un enfoque sólido que facilite la adopción por parte del sector. Para ello, pretenden crear una «caja de conocimiento» con herramientas para la fabricación aditiva, así como una «caja de ingeniería» con estándares, prácticas recomendadas, métodos de validación y pruebas basadas en benchmarks. Jack Beuth, profesor de la Carnegie Mellon University, habló de los retos que presenta de la fabricación aditiva para el sector. Según Beuth, aunque la fabricación aditiva no está generalizada como método de producción entre las empresas, la tecnología asociada a la misma repercute sin duda en el desarrollo de productos. El primer paso de las empresas hacia la fabricación aditiva suele ser crear agencias de servicios, así como herramientas y prototipos internos. Puso a GE como ejemplo de empresa abanderada en el uso de la fabricación digital avanzada y de la fabricación aditiva en particular. Actualmente, la empresa emplea la fabricación aditiva en la producción de muchos de los subsistemas de los motores de reacción. GE estima que mediante el uso de la fabricación aditiva puede reducir en 800 el número de piezas de sus nuevos motores de reacción; además, cerca del 30 % de las piezas de los nuevos motores de turbina se están imprimiendo en 3D.

En lugar de cortar, fresar y taladrar los componentes de los motores, GE funde finas capas de metal en polvo con un láser de 200 vatios y crea piezas de la nada.  Si desea obtener más información sobre los distintos tipos de fabricación aditiva (artículos interesantes o seminarios web bajo demanda), eche un vistazo a la nueva sección del sitio web de SOLIDWORKS en https://www.solidworks.com/am.