El poder de la pólvora
Un vistazo a la fabricación aditiva
Susie Henaghan
Desde los albores de la Edad de Bronce, los fabricantes han estado a la búsqueda de tecnologías punteras que redujeran considerablemente los costes, el tiempo de producción y los recursos.
Mejor, más rápido, más barato.
Los métodos tradicionales, aunque probados, han sido costosos y complejos. Con la introducción de la impresión 3D, la fabricación aditiva ha dado forma al futuro de nuestro mundo, ¡literalmente!
Pero, ¿qué es la fabricación aditiva? ¿Y cómo puede ayudarle?
Acompáñenos mientras examinamos las múltiples capas de la fabricación aditiva:
La fabricación aditiva, más conocida como impresión 3D, es un proceso que crea un objeto físico a partir de un diseño creado digitalmente. El diseño asistido por ordenador (o software CAD) traza un producto y documenta todo el proceso de diseño. El CAD facilita el proceso de fabricación transfiriendo diagramas detallados de los materiales, procesos, tolerancias y dimensiones de un producto con convenciones específicas para el producto en cuestión.
A continuación, el diseño 3D se "corta" digitalmente en capas superfinas, ya que el producto se formará capa a capa, y se carga en una máquina de fabricación aditiva.
La fabricación comienza con una fina capa de polvo extendida uniformemente por la plataforma de diseño. A continuación, una fuente de calor, como un láser o un haz de electrones, funde la primera capa. A continuación, se baja la plataforma mientras se distribuye uniformemente otra capa de polvo, y el proceso se repite de nuevo siguiendo el diseño trazado. Cada capa sucesiva se adhiere a la capa anterior de material fundido o parcialmente fundido.
A continuación se retira el polvo sobrante, que se volverá a utilizar en otro proceso (reduciendo así los residuos), y se revela el objeto recién creado.
La fabricación aditiva permite producir piezas más ligeras, resistentes y duraderas que las fabricadas tradicionalmente, al tiempo que se reduce el tiempo de construcción. Esto también ha dado lugar a una microestructura y un comportamiento mecánico únicos que han sido inalcanzables con la fabricación tradicional. Además, la fabricación aditiva añade características precisas y geometrías complejas que parecían inalcanzables con la fabricación tradicional. El paso de un archivo de diseño a un diseño funcional está revolucionando la fabricación.
Las ventajas de la fabricación aditiva (AM) son tan variadas como los diseños que puede crear. Desde la reducción de costes hasta la personalización del diseño, hemos desglosado algunas de las increíbles ventajas que aporta:
Una de las principales ventajas que ofrece es la capacidad de lograr geometrías complejas y pequeñas características orgánicas que han sido extremadamente difíciles o imposibles de producir con los métodos de fabricación tradicionales. Por ejemplo, GE Aviation detectó un problema en la producción de la punta de su boquilla de combustible. La geometría interior era demasiado compleja y se componía de 20 piezas individuales fabricadas por métodos tradicionales, que luego se soldaban. Al cambiar a la fabricación aditiva, GE pudo producir la punta de la tobera de combustible como una pieza completa y única en una fracción del tiempo y sin los residuos generados por las piezas individuales subensambladas.
Las ventajas iban mucho más allá del hecho de que ahora era una pieza sólida, ya que el diseño más sencillo pesaba un 25% menos que la tobera original y, sin embargo, era cinco veces más duradero. También mejoraba el consumo de combustible en un 20% y conseguía un 10% más de potencia. En la aviación, la complejidad del diseño suponía gastos añadidos, pero ahora la fabricación aditiva reduce los costes y aumenta la eficiencia, además de ofrecer una libertad de diseño que los diseñadores nunca antes habían experimentado.
Boquilla de punta de combustible de GE creada con fabricación aditiva
Con la fabricación tradicional, se diseñan varias piezas por separado, se fabrican y se transfieren para ensamblarlas en una multitud de procesos largos y lentos que tardan semanas o meses en completarse. El proceso racionalizado de la fabricación aditiva permite agilizar el proceso, reduciendo así los abrumadores plazos de entrega anteriores.
En teoría, un producto puede diseñarse, imprimirse y probarse el mismo día, lo que elimina varias etapas de lo que solía ser un largo proceso de desarrollo de productos. La velocidad ayuda a los diseñadores a imprimir varios prototipos que permiten una rápida verificación antes de comprometerse con la producción a gran escala. Además, se pueden crear varios productos a la vez en una sola impresión por lotes, en comparación con el método tradicional de fabricación "uno a uno".
La fabricación tradicional es un método sustractivo de producción: el recorte hasta obtener el producto final genera una cantidad considerable de residuos sobrantes. Aunque se puede reciclar, esto requiere un exceso de mano de obra y lleva mucho tiempo, ya que hay que realizar muchos procesos para que el metal vuelva a su forma original. La fabricación aditiva se denomina así porque añade material a la pieza en lugar de cortarlo. Con la fabricación aditiva, el polvo metálico sobrante se recoge en contenedores para reutilizarlo en el siguiente ciclo de producción, por lo que apenas hay residuos.
Además, los humos químicos y tóxicos que se crean durante la fabricación tradicional prácticamente desaparecen con la impresión 3D. Aunque las máquinas de AM tienen un consumo de energía elevado, no es tan alto como el del moldeo por inyección tradicional. La fabricación aditiva también está ayudando a reducir la huella de carbono, especialmente en el sector aeroespacial.
¿Recuerda aquella boquilla de combustible de la que hablamos que reducía su peso en un 25%? Cuanto más ligero sea el material utilizado en la construcción de aviones, menos emisiones de carbono se emitirán. Cada 5,5 libras de peso en un avión equivale a 1 tonelada de emisiones de carbono al año.
Estos pequeños cambios son los que marcarán la diferencia a largo plazo.
Aunque la fabricación tradicional es un eje importante de la industria, es fácil ver por qué la fabricación aditiva está diseñando un futuro eficiente y eficaz.
