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La fabricación aditiva abre nuevos horizontes para la fabricación de una amplia gama de componentes para diferentes industrias

Iscar entra en la era de la fabricación aditiva e impresión 3D

Andrei Petrilin, director técnico del departamento de Fresado Intercambiable de Iscar29/05/2017

El nuevo milenio propone soluciones revolucionarias para las aplicaciones de corte de metal. Iscar, principal innovador de tecnologías de mecanizado, está estudiando la integración de los procesos de fabricación aditiva. Las pioneras tecnologías de mecanizado fomentan, por parte de los ingenieros del departamento de I+D de Iscar, la continua búsqueda de soluciones innovadoras que disminuyan costes de producción e incrementen la productividad de sus clientes.

Uno de los principales resultados de la Revolución Digital ha sido la introducción de la impresión 3D, un sistema que genera objetos 3D mediante la superposición computarizada de capas de material en forma de polvo. Hasta hace poco se consideraba ciencia ficción, pero durante las dos últimas décadas la impresión 3D ha sido aceptada y bienvenida como una herramienta tecnológica útil para diseñadores y fabricantes.

Hoy en día este sistema se conoce como fabricación aditiva (FA), término que refleja correctamente os de las características más importantes de la impresión 3D:

a) Fabricación – habiendo traspasado su concepción anterior de realización de prototipos, actualmente este método se utiliza en numerosas aplicaciones industriales para la fabricación de diferentes piezas y componentes.

b) Aditiva – el nuevo sistema ‘añade’ material hasta realizar la pieza deseada en directo en contraste con las técnicas tradicionales de fabricación basadas en la extracción de material. El método tradicional sólo añade materiales durante el proceso de ensamblaje.

Existen varias técnicas de fabricación aditiva, basadas en diferentes principios físicos: estereolitografía, modelado por inyección y sinterizado láser. De acuerdo con las normativas vigentes nacionales e internacionales, la FA está definida y dividida en categorías con gran precisión. En los 80, la impresión 3D comenzó como una herramienta de diseño y una forma de confeccionar prototipos con gran rapidez. Mejor que los diseños 2D convencionales, se creaban prototipos sólidos en 3D que permitían un mayor entendimiento y conocimiento de diferentes factores, estéticos, funcionales, peso y acabado superficial. Esta tecnología también ofrecía plazos de fabricación menores.

El incesante progreso de los procesos de impresión 3D ha derivado en la FA. A principios del siglo XXI, esta tecnología fue adoptada para procesos de producción en serie. Con las innovaciones técnicas, la popularidad de la FA, su creciente utilización en la industria y las economías de escala derivadas de un rápido crecimiento en las ventas, forzaron una intensa competencia entre fabricantes de máquinas para FA que resultó en una reducción del precio de la tecnología. Para algunos la impresión 3D todavía puede parecer una técnica del futuro aunque en muchos sectores está totalmente integrada con las máquinas CNC ‘convencionales’.

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Herramientas Iscar susceptibles de fabricarse aditivamente.

Ventajas de la fabricación aditiva

La fabricación aditiva abre nuevos horizontes para la fabricación de una amplia gama de componentes para diferentes industrias, como la médica, aeronáutica, automoción, naval, militar… y sigue una lista interminable. Es asombroso que las tecnologías digitales simplemente eliminen los límites existentes: en primer lugar, sólo hay que enviar un modelo del ordenador a una impresora 3D, que puede encontrarse en un lugar lejano, y la pieza deseada se fabricará sin ningún tipo de intervención manual. Por ejemplo, ahora es posible fabricar los recambios necesarios a bordo durante un vuelo espacial.

Además ahora es posible diseñar y crear implantes quirúrgicos personalizados ‘a medida’. Es impresionante pensar que una impresora 3D puede rápidamente fabricar sus propios recambios para sustituir una pieza rota, ya sea de forma permanente o temporal.

La fabricación aditiva tiene ventajas y desventajas, y la valoración de estos pros y contras define su lugar en la industria del mecanizado de metal. Puede disminuir significativamente los costes de producción de piezas complicadas.

La extrema flexibilidad de esta tecnología es otra de sus principales ventajas, por ejemplo, una misma impresora 3D puede fácilmente generar piezas diferentes sin necesidad de realizar ajustes importantes.

Además, en cuanto a la creación de prototipos rápidos, si es necesario realizar cualquier variación en el diseño, ésta se hace en el modelo del ordenador y sólo hay que volver a “imprimir”. Por tanto, la FA reduce drásticamente el tiempo que transcurre desde la concepción de un proyecto hasta su entrega, y permite hacer cambios en diseños ya existentes incorporando rápidamente nuevos componentes al mismo.

El sistema garantiza que los diseños rozarán el ideal, desde un punto de vista de ingeniería: un espesor de paredes variable para obtener la misma resistencia, la forma que debe tener un conducto para que el caudal sea efectivo, etc. En el proceso de fabricación aditiva sólo se utiliza la cantidad necesaria de material, lo que reduce notablemente la cantidad de material de inicio y de residuos de fabricación.

Algunas desventajas

Sin embargo, la FA también presenta desventajas. En cuanto a precisión, la tecnología todavía no está completamente desarrollada, por lo que con frecuencia es necesario recurrir a sistemas de mecanizado tradicional para operaciones de acabado. No todos los materiales son adecuados para generar piezas mediante el método de fabricación aditiva. Por otro lado las dimensiones de las impresoras 3D modernas son limitadas, por lo que no pueden fabricar grandes piezas.

Sectores industriales

La división de I+D de Iscar entiende los méritos y deméritos de la FA como base para su utilización en la industria del mecanizado de metal. Según la prensa especializada y los informes técnicos existentes, los principales sectores que utilizan impresoras 3D son la industria aeronáutica, la militar, automoción y médica, donde la FA no se utiliza solo para prototipos, si no para la fabricación de lotes y de grandes series. A pesar de su creciente uso, el nuevo sistema todavía dista mucho de ser considerado como un método común y establecido en la industria global de mecanizado.

En la industria aeronáutica, aunque algunas piezas pequeñas, accesorios y hardware son perfectas para su impresión 3D, por razones de seguridad (lógicamente los requisitos de seguridad de este sector son extremadamente estrictos) las piezas críticas producidas mediante FA necesitan pasar múltiples y arduas pruebas antes de ser aceptadas como sustitutas de componentes fabricados con métodos tradicionales. Sin embargo, ya existe una amplia variedad de accesorios, dispositivos y calibres que se fabrican por impresión 3D. Para la fabricación de una aeronave se requiere toda una compleja cadena de fabricación y montaje, con gran cantidad de accesorios. Con la FA para generar herramientas reduce radicalmente los tiempos y costes de pre producción.

Los menores tamaños y las normas de seguridad menos exigentes han abierto las puertas a la fabricación aditiva de vehículos aéreos sin tripulación (UAV), donde el nuevo método permite no sólo la reducción del peso, sino también un diseño mucho más efectivo desde el punto de vista aerodinámico con menores costes.

El titanio es uno de los materiales más utilizados por el sector aeronáutico. La fabricación de piezas de titanio es un proceso que consume metal. En un proceso típico de mecanizado, donde gran parte de este costoso metal se desecha.

Los esfuerzos de los fabricantes de aeronaves están dirigidos a la fabricación de pequeñas piezas de titanio sinterizado. La industria de la automoción ha adoptado la FA de igual manera que la aeronáutica.

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Ejemplo: Cómo un circuito de refrigeración interna complejo y enlaces con aristas (fig. 1) es posible simple y curvilíneo facilitando el flujo mediante impresión 3D (fig. 2).

La fabricación aditiva en las herramientas de corte

En el caso de la fabricación de herramientas de corte, la impresión 3D puede ofrecer soluciones por varios motivos. La FA permite crear herramientas con complejos conductos y cavidades interiores, que pueden llevar el refrigerante directamente a la zona de corte a través del propio cuerpo de la herramienta. Si la herramienta está diseñada para alta presión de refrigerante (HPC), la forma y sección transversal del conducto son factores clave, y la fabricación aditiva ofrece la solución ideal para dar forma a estos canales. Además, la fabricación aditiva permite fabricar un cuerpo de fresa que ya disponga de canales para evacuación de viruta, refuerzos y desahogos. Con la tecnología tradicional, estas características se consiguen aplicando diferentes técnicas de corte. En este sector, la fabricación aditiva reduce el número de operaciones necesarias y la duración del proceso. La FA garantiza que las formas generadas serán las requeridas, con un óptimo equilibrio entre resistencia del cuerpo y evacuación de viruta.

Cuando la FA permita la impresión de piezas de metal duro, o de cualquier otro material con las mismas propiedades físicas, se habrá cruzado el umbral de la fabricación de herramientas de corte. Los ingenieros de I+D de Iscar están implementando nuevos sistemas de trabajo para crear plaquitas intercambiables sin necesidad de incorporar lentos y costosos equipos. Los tiempos de pruebas de herramientas y plaquitas también se reducirán espectacularmente.

Aunque hay excelentes perspectivas en el horizonte para la aplicación de FA en la industria de las herramientas de corte, primero habrá que superar varios obstáculos. Debido a las limitaciones en precisión, por ahora la impresión 3D no puede sustituir a los procesos de mecanizado. Hay elementos esenciales, como agujeros centrales para ejes o mangos que necesitan rectificado, las caras de referencia del asiento de una plaquita deben ser fresadas y los agujeros, roscados. Hoy en día los fabricantes de maquinaria ya ofrecen 2híbridos” que combinan la tecnología tradicional de extracción de metal con la impresión 3D. Es necesario examinar y valorar factores como la resistencia a la fatiga y al estrés y la fiabilidad con elevada velocidad de rotación.

Iscar, como uno de los fabricantes líder de herramientas de corte a nivel mundial, ya ha introducido el nuevo sistema en sus departamentos de I+D, y la fabricación aditiva ya se utiliza para la creación de prototipos de una forma limitada. El progreso alcanzado en este sector indica que en un futuro cercano sabremos en qué medida se ha adoptado la impresión 3D en el sector de la fabricación de herramientas de corte.

Empresas o entidades relacionadas

Iscar Ibérica, S.A.

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