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Impresión 3D - Fabricación aditiva

La fabricación flexible incluye a las tecnologías que permiten fabricar de una manera más personalizada y rápida, y la gran protagonista es la fabricación aditiva.

El ecosistema de la fabricación flexible

Jose Francisco Molinero Reyes, CSO CAF Digital Manufacturing

26/02/2021
Dentro de la Industria 4.0 se enmarca lo que ahora se suele llamar la fabricación flexible. La fabricación flexible incluye a las tecnologías que permiten fabricar de una manera más personalizada y rápida, y la gran protagonista es la fabricación aditiva. En este contexto podríamos enmarcar al ecosistema con el cual interactúa la fabricación aditiva. Este ecosistema se nutre de todos los actores que hacen posible fabricar mediante impresión 3D desde el concepto o idea hasta la pieza acabada.
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Ecosistema de la fabricación aditiva.
El primer actor es el diseño, quizás el que menos conoce el cliente y, sin embargo, el más importante dentro del ecosistema. Lo obvio es pensar que sin diseño no hay pieza, pero también hay que tener en cuenta que el nuevo paradigma que plantea la impresión 3D obliga a pensar en otra forma de diseñar y esto afectará a tiempos, pesos, materiales y como consecuencia al precio final.

El diseño orientado a la fabricación aditiva ha sido el gran impulsor del diseño generativo. Este se basa en el modelado logarítmico y paramétrico y ha cambiado las bases del diseño tradicional. Este tipo de diseño era complejo a la hora de materializar debido a la forma tradicional de fabricar mediante molde o mecanizado. La fabricación aditiva permite que este tipo de fabricación sea un elemento real y poco a poco se va afianzando en el mercado.

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Pieza realizada en fabricación aditiva en vehículos Tesla.
El segundo actor es la tecnología que usa la impresora. Cada día aparecen nuevas formas de fabricar y esto abre el campo a nuevos modelos y materiales. Por ejemplo, no es igual fabricar mediante FDM que fabricar en SLS que permite la eliminación de soportes aparte de otras ventajas. En este ejemplo no solo cambia la forma de diseñar sino también la forma de ubicar las piezas en la impresora.

Los mayores cambios se están produciendo en el campo del metal que es donde está el potencial de esta metodología de fabricación. Tecnologías como el Waam, EBM, SLM, LMD, Metal Jet… están marcando lo que será el futuro de esta tecnología y probablemente a medio plazo veremos sectores donde esta tecnología es aplicable en precios competitivos.

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Horizonte de las tecnologías de fabricación aditiva metálica.
No existe una tecnología que valga para todo, por tanto, elegir qué tipo es la más óptima a cada proyecto puede marcar las diferencias en tiempos y costes.
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Impresora Metal HP.
El tercer actor es el material. El material está directamente ligado al tipo de tecnología y es la otra gran restricción a la hora de fabricar. Según qué proyecto podremos usar una tecnología u otra dependiendo del material. Por ejemplo, en el sector ferroviario, el material ha de cumplir la normativa a fuego y humos (EN-45545). Este material por lo general requiere de una temperatura de impresión superior a los 350 °C, esta temperatura implica un equipo que mantenga estable la temperatura de la cámara de impresión por tanto limita bastante el tipo de tecnologías que cumplen estos requisitos.

Otro requisito puede ser el tamaño, el cual también está directamente ligado al material y a la impresora, por tanto para piezas de gran formato se requerirá de un material que contraiga poco y de un equipo que sea capaz de imprimir en grandes tamaños a gran velocidad, al menor coste de material y con un nivel de detalle o acabado en consonancia con estas dimensiones.

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Impresora Megarob de gran formato. Foto: Aitiip.
El software es otro factor clave que no se suele tener en cuenta. Tener los programas adecuados para armonizar todo el trabajo optimiza bastante el tiempo y esto abarca desde la fase de selección de piezas hasta la fase de producción.

Existen programas que unidos a la base de datos de cualquier empresa son capaces de detectar piezas susceptibles de ser fabricadas mediante aditiva. Estos programas utilizan valores de entrada como, cadencia, peso, dimensión, material o requerimientos técnicos para detectar estas piezas de forma automática.

En el plano del diseño los programas de diseño generativo están marcando la diferencia en el plano de la automatización del proceso. El cambio de mentalidad hacer que los requisitos de la propia pieza sean los que marcan de manera semiautomatizada el diseño de la pieza.

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Ejemplo proceso de diseño generativo con Autodesk netfabb generative design.
A la hora de fabricar en ciertas tecnologías el anidamiento de las piezas es un proceso tedioso y existen varios programas que lo realizan de forma automatizada optimizando la cubeta al valor deseado, esto permite la optimización de la cubeta y por ende el ahorro de tiempos y costes.
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Anidamiento de piezas automatizado realizado con Materialise Magics.

Por su parte, la gestión de la producción (cola de impresión, producción, procesado, envío, albaranado, facturación, clientes…) es un elemento propio de cualquier proceso de fabricación, sin embargo, el cambio a la hora de fabricar requiere del software adecuado a la hora de optimizar al máximo esta tecnología. A día de hoy existen varios programas que optimizan la cola de impresión de manera automática según las tecnologías que se tengan en cada empresa, incluso en remoto.

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3yourmind ha desarrollado un software que utilizan grandes empresas para la gestión de la manufactura aditiva y detección de piezas susceptibles de ser realizadas mediante FA.

Por último, creemos que un actor que complementa a la perfección este ecosistema es el escáner 3D. Es cierto que no es un actor indispensable pero permite tener un control de calidad exhaustivo sobre las piezas fabricadas. En los últimos años se están incluyendo en multitud de equipos para controlar el proceso de fabricación en tiempo real.

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El escáner 3D ermite tener un control de calidad exhaustivo sobre las piezas fabricadas.
Otra de las ventajas es poder realizar ingeniería inversa de piezas de las cuales no tenemos información y necesitamos el modelo CAD para fabricar o rediseñar.
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Ingeniería inversa para la obtención de modelo 3D y planimetría.
También abre la puerta de otros sectores como la metrología tanto de detalle como de gran formato (escaneados de largo alcance). Uno de los servicios en crecimiento es el modelado de grandes estructuras a través de un BIM (Building Information Modeling), que permite un modelado 3D de un elemento dividiendo por capas la distinta información como instalaciones, estructuras… etc. Este modelado permite a su vez la generación de planos 2D.