28 Jul 2017
Julio 28, 2017

El futuro de la Industria: Impresión 3D

Desde mediados del siglo XVIII, la fabricación se ha visto afectada por innovaciones técnicas que han llevado a la sustitución gradual de muchas actividades artesanales por procesos mecanizados y automatizados. Desde el tejido a la producción de automóviles, todas las industrias han experimentado a lo largo del tiempo grandes cambios en su manufacturación, la aparición de la impresión en 3D es la última de una larga línea de tecnologías disruptivas en hacer su marca en la historia de la fabricación.

La impresión 3D se basa en datos y archivos de diseños asistidos por computadora, que pueden provenir, por ejemplo, de escaneos de objetos. De esta manera se pueden hacer varios productos mediante la adición de capas de material. Este proceso es conocido como fabricación aditiva.

Este nuevo proceso de fabricación aditiva es enormemente flexible y más beneficioso en contraste a sistemas de fabricación tradicionales, que demandan de mayor capital y que necesitan procesos de moldeo, fundición, fresado o mecanizado, que requieren costosa maquinaria pesada.

Los productos 3D-impresos se pueden hacer en una variedad de materiales. Incluyen:

  • Muchos tipos de termoplásticos, polímeros, resinas e incluso siliconas, que pueden utilizarse para diferentes aplicaciones y productos tales como herramientas, prototipos y productos.
  • Pastas cerámicas, utilizadas para aplicaciones biomédicas (sustituto óseo, implantes óseos), piezas aeroespaciales, aplicaciones energéticas (pilas de combustible) y artículos de lujo.
  • Metales, incluidas las aleaciones, para imprimir intrincados componentes aeroespaciales y otras partes mecánicas.
  • Tintas de nanopartículas para imprimir componentes electrónicos tales como tarjetas de circuitos impresos y electrónicas flexibles.
  • Tejidos bioartificiales para imprimir implantes.
  • Vidrio.
  • Concreto, usado para imprimir edificios.

Los materiales termoplásticos/polímeros son los materiales de impresión 3D más comunes. Estos son:

  • Filamentos fundidos y depositados capa tras capa a través de Fused Deposition Modeling (FDM) o Fused Filament Fabrication (FFF). Estos son utilizados por la mayoría de las impresoras de escritorio. Otro método es la deposición de energía directa (DEP) donde el calor se aplica con un haz de láser o de electrones
  • Polvos de plástico sinterizados (compactados) utilizando un rayo láser (Sintratec) u otra fuente de calor.

Las resinas de fotopolímero son otro tipo de material sintético utilizado en la fabricación aditiva. Están contenidas en un tanque y endurecidas por una fuente de luz ultravioleta dirigida a ellas mediante un rayo láser o una fuente de procesamiento de luz digital (DLP) utilizando un proyector, al igual que con los televisores DLP.

Por su parte las pastas cerámicas (producidas mezclando diferentes polvos cerámicos con resinas fotosensibles) se utilizan para imprimir objetos sobre un soporte, capa tras capa. Se pueden imprimir diferentes formas al mismo tiempo. En el proceso cerámico de la fabricación aditiva, la impresión es seguida por una del objeto y su soporte, mediante un rayo láser u otra fuente de calor y luego limpieza y acabado manual o automático.

Finalmente están los metales, que se tratan usando diferentes procesos de fabricación aditiva, usando polvos atomizados colocados sobre un lecho o filamentos que luego se fusionan para formar capas por sinterización usando rayos láser o de electrones.

Impresoras 3D enfrentan la demanda de la Industria

 Los equipos de impresión 3D que utilizan termoplásticos/polímeros van desde las impresoras de escritorio domésticas para filamentos y cuestan unos cuantos cientos de dólares, pasando por impresoras 3D intermedias como la impresora de sinterización de polímeros Sintratec SLS 3D a alrededor de USD 5 700, hasta máquinas más avanzadas para la industria, como las impresoras HP Jet Fusion 3D, que usa polvos de plástico y cuestan más de USD 120 000. Máquinas similares a HP Jet Fusion 3D, pero más rápidas, se venden entre USD 140 000 y 1.000 000.

Las máquinas de fabricación aditiva para polvos metálicos son generalmente mucho más caras, pero se usan principalmente en entornos industriales avanzados para producir productos complejos de alto rendimiento tales como boquillas, soportes o perfiles aerodinámicos para aviones.

La importancia que reviste la fabricación aditiva para la industria pesada, quedó de manifiesto cuando en 2016 GE (General Electric) invirtió más de USD1200.000 para adquirir la participación mayoría del fabricante sueco de impresoras 3D Arcam y la firma alemana de impresión 3D Concept Laser.

El interés en la fabricación aditiva por sectores de ingeniería de alto valor y alta tecnología como la industria aeroespacial y la posibilidad de producir piezas complejas con mayor rapidez y bajo costo apuntan a una perspectiva positiva para la impresión 3D.

Boeing, por ejemplo, reduce el tiempo de producción haciendo que Arconic haga los alerones para sus aviones, usando fabricación aditiva. Anteriormente el proceso tomaba 14 semanas, ahora, 9 horas. Estas partes también son más ligeras y los desperdicios del material involucrado durante la producción disminuyen considerablemente. El vicepresidente de I + D de Arconic, Don Larsen, dijo a CNBC que el mercado de la fabricación aditiva se duplicaba cada año para su compañía.

GE ha comenzado a imprimir boquillas de combustible para sus motores a reacción. Son un 25% más ligeras que las boquillas de la generación anterior, se producen como unidades individuales en lugar de ser ensambladas a partir de 20 partes diferentes, y son más de cinco veces más duraderas. GE planea imprimir 2.000 inyectores de combustible al año para su motor LEAP en una nueva planta en Alabama, Estados Unidos.

Como dijo Mohammad Ehteshami, director de GE Additive, división a cargo de producir piezas de motores por medio de la fabricación aditiva: “En el diseño de los motores de reacción, la complejidad solía ser cara. Pero la fabricación aditiva nos ha permitido sofisticarnos aún más y reduciendo los costos al mismo tiempo. Este es el sueño de un ingeniero, nunca imaginé que esto fuera posible”.

Otra posible aplicación interesante de fabricación aditiva es la manufactura de piezas individuales cuando los repuestos o los dibujos ya no están disponibles. Las piezas viejas se pueden escanear en 3D e imprimir desde el archivo en formato 3D. También los prototipos se pueden producir mucho más rápido y más barato que a través de métodos tradicionales, mientras que los artículos hechos a medida se pueden hacer a una fracción del costo tradicional.

El fabricante alemán de interruptores Berker dice que necesita 28 días, usando herramientas tradicionales, para probar un diseño, mientras que usando la impresión 3D solo 3 días. Además el costo de las herramientas tradicionales es de USD 22.300 en lugar de USD 3.800 con un proceso de fabricación aditivo.

El trabajo de estandarización IEC es esencial para la impresión 3D

 La impresión en 3D utiliza equipos complejos y muchos de sus componentes y procesos dependen de las Normas Internacionales desarrolladas por los comités técnicos y subcomités de la IEC, así como por los comités técnicos conjuntos creados por la IEC y la Organización Internacional de Normalización (ISO). Un equipo de fabricación aditiva contiene una amplia gama de componentes electrónicos, incluyendo placas de circuitos, equipos láser, motores para piezas móviles, cables, conmutadores y sensores. Por ejemplo, la documentación para la impresora HP Multi Jet Fusion 3D indica que la impresora cumple con la IEC 60950-1. Equipo de tecnología de la información, el cual fue preparado por el IEC TC 108: Seguridad de los Equipos Electrónicos en el Campo del Audio/Video, Tecnologías de la Información y las Comunicaciones. Por su parte, el ISO / IEC JTC 1 / SC 28: Equipos de Oficina, desarrolla Normas Internacionales para “características básicas, métodos de prueba y otros artículos relacionados a productos tales como impresoras/escáneres 2D y 3D, copiadoras, proyectores y fax. La impresión en 3D puede ser una tecnología emergente y disruptiva, pero su futuro depende en gran medida de la adopción de una amplia gama de estándares internacionales IEC e ISO / IEC.