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La sostenibilidad y la construcción ligera van firmemente ligadas en la ingeniería mecánica

La construcción ligera, una tecnología clave para la sostenibilidad global

Annedore Bose-Munde, periodista especializada13/09/2019
Las soluciones inteligentes y ligeras ganan cada vez más terreno en la construcción de máquinas-herramienta. Los principales focos de atención son las nuevas geometrías y materiales, así como la simulación y la impresión en 3D.

La construcción ligera es un elemento clave en cualquier intento de lograr una producción más sostenible. Comienza mucho antes del propio proceso de fabricación y se extiende a lo largo de toda la cadena de valor, desde la materia prima hasta el componente terminado. Por lo tanto, las empresas deben abordar esta cuestión en una fase temprana. “La sostenibilidad es un factor clave en nuestra empresa”, dice Steffen Krause, director técnico de ventas del desarrollador de software Autodesk. “Nuestra misión es automatizar los proyectos de diseño de los clientes y desarrollar procesos que les permitan acelerar y mejorar el proceso de diseño, reduciendo al mismo tiempo el impacto en el medio ambiente. Con la tecnología de Autodesk, los fabricantes pueden mejorar su rendimiento y ayudar a hacer del mundo un lugar mejor aumentando la eficiencia de materiales y energía en sus procesos de diseño y fabricación”.

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GM unió fuerzas con Autodesk para desarrollar el primer soporte de asiento optimizado funcionalmente e impreso en 3D. Foto: GM.

Para Hainbuch, el fabricante de soluciones de sujeción de piezas de trabajo con sede en Marbach, la sostenibilidad y el compromiso con la protección del medio ambiente son algo natural (y una parte importante de la identidad corporativa). Una ‘política energética’ anclada a las directrices medioambientales de la empresa desde 2016. “Esto nos ayuda a reducir las emisiones y los residuos, a aumentar la eficiencia energética, a garantizar el uso económico de los recursos y a reducir las emisiones de sustancias peligrosas. Esto se debe a que queremos desarrollar y producir productos que no sólo sean de alta calidad, sino también respetuosos con el medio ambiente y sostenibles”, explica Stefan Nitsche, jefe de Gestión de Productos de Hainbuch.

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“Más del 60% de nuestros clientes tienen objetivos relacionados con la sostenibilidad y las cifras van en aumento”, afirma Steffen Krause, de Autodesk, desarrollador de software. Foto: Autodesk.

Aismismo, la construcción ligera es un prerrequisito esencial para la eficiencia de los materiales 3D Micro Print GmbH en Chemnitz se especializa en la producción de piezas micro metálicas mediante sinterización por micro láser y en la venta de máquinas asociadas. Para la empresa sajona, la sostenibilidad también implica el desarrollo y la fabricación de productos con funciones integradas que crean valor añadido para los clientes, pero sin comprometer las propiedades materiales de los componentes cuando se utilizan.

“Las nuevas geometrías deben interactuar con nuevos materiales para generar productos que ofrezcan un valor añadido en términos de ligereza y sostenibilidad. Aquí, los clientes necesitan asesoramiento profesional para identificar los puntos críticos en el desarrollo del producto y los procesos de fabricación”, subraya Thomas Klotz, director de control de calidad de 3D Micro Print.

Sin embargo, una cosa es segura: sin la impresión en 3D, la construcción ligera es imposible en muchas áreas, lo que la convierte en un prerrequisito esencial para la eficiencia de los materiales. En algunos casos, incluso es posible combinar varias piezas en la fase de diseño para crear un solo componente. “El enfoque de Diseño Generativo de Autodesk es una herramienta importante que se utiliza a menudo para crear nuevas formas geométricas. Ayuda a nuestros clientes a reducir el peso y consolidar las piezas. General Motors, por ejemplo, combinó este enfoque con la fabricación aditiva para rediseñar un soporte de asiento”, dice Krause, citando el ejemplo de un componente que se desarrolló desde el principio con una construcción ligera en mente. “La nueva parte consistía en un solo componente en lugar de ocho, como antes. También era un 40% más ligero y un 20% más estable”.

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“Queremos desarrollar y producir productos que no sólo sean de alta calidad, sino también respetuosos con el medio ambiente y sostenibles”, explica Stefan Nitsche de Hainbuch. Foto: Hainbuch.

Dispositivos de sujeción más ligeros y pequeños que reducen los costes

Hainbuch ha desarrollado dispositivos de carbono ultraligeros para sujetar las piezas de trabajo durante el fresado, torneado y rectificado. Según la empresa, esto garantiza una mayor productividad, un menor consumo de energía y una reducción de la tensión en los accionamientos de las máquinas. El material utilizado para los dispositivos de sujeción CFRP los hace hasta dos tercios más ligeros que la versión estándar.

“Podemos ofrecer variantes de carbono de casi todos los dispositivos de sujeción para áreas específicas de clientes. En la serie mini, también hemos desarrollado mandriles con un contorno y una masa de interferencia reducidos. Estos dos factores juegan un papel cada vez más importante en el acabado. Los dispositivos de sujeción modernos y orientados al futuro se distinguen por una mayor accesibilidad a las herramientas y un menor consumo de energía. Las mayores velocidades de aceleración del rotor acortan los tiempos de ciclo. Esto reduce los costes totales por pieza de trabajo”, dice Nitsche, describiendo el enfoque de Hainbuch.

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Microcomponentes metálicos fabricados con tecnología de sinterización por microláser, con niveles de precisión del orden de μm Foto: 3D Micro Print.

3D Micro Print utiliza la tecnología de sinterización por láser para producir microcomponentes metálicos ligeros de alta precisión, ofreciendo a los clientes la fabricación de productos y una amplia gama de servicios de una sola fuente. La cartera incluye la transferencia de conocimientos, la integración de componentes funcionales, el diseño orientado al proceso, la producción de piezas en serie y, a petición, el desarrollo de materiales. Los procesos están diseñados para microcomponentes de muy alta resolución y precisión en el rango de µm. Se desarrollan y fabrican estructuras de rejilla finas y geometrías con estructuras internas detalladas.

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La mordaza manual Manok CFK de Hainbuch ha recibido mejoras en su versión de construcción ligera. Foto: Hainbuch.

Inteligencia Artificial, Realidad Virtual y Realidad Aumentada para una mayor agilidad organizativa

La sostenibilidad y la construcción ligera son importantes porque ofrecen claras ventajas en la cadena de valor para las empresas de ingeniería mecánica y sus clientes. Esto también lo confirma el director técnico de ventas de Autodesk, Steffen Krause: “El negocio de más del 60% de nuestros clientes se basa en factores de éxito y objetivos relacionados con la sostenibilidad, y las cifras van en aumento. Este enfoque también se transmite a los proveedores de servicios a lo largo de la cadena de suministro”.

Con esto en mente, Autodesk también ha decidido centrarse en la automatización en forma de inteligencia artificial, realidad virtual y aumentada e impresión en 3D. Esto combina digitalmente todo, desde el diseño, la ingeniería mecánica y la simulación hasta la CAM, la fabricación de aditivos y la gestión de la fábrica. “Esta plataforma uniforme elimina los silos entre disciplinas, permite una mayor agilidad organizativa entre los equipos de ingeniería y proporciona a los fabricantes una ventaja competitiva”, subraya Krause.

Con las herramientas de desarrollo adecuadas y amplios conocimientos de ingeniería, la construcción ligera puede abrir todo un mundo de posibilidades. Los únicos límites son los establecidos por las leyes de la física. “Hasta ahora, hemos sido capaces de satisfacer todas las necesidades de los clientes. Los límites de la construcción ligera, incluidos los contornos de interferencia reducidos, sólo se alcanzan cuando ya no se pueden garantizar las fuerzas de sujeción, la rigidez y la precisión”, subraya Stefan Nitsche de Hainbuch. Thomas Klotz de 3D Micro Print añade: “La construcción ligera está alcanzando actualmente sus límites en procesos y productos altamente estandarizados que no dejan margen para la mejora del rendimiento”.

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Matthias Otte, Rolf Lenk Werkzeug-und Maschinenbau: “La distorsión y contracción causados por la fabricación aditiva deben contrarrestarse. La captura de la geometría óptica permite la rápida identificación de cualquier desviación”. Foto: Rolf Lenk.

Contrarrestar las desviaciones geométricas con datos de medición

Rolf Lenk Werkzeug- und Maschinenbau GmbH de Hamburgo también ofrece la impresión en 3D sobre metal. Matthias Otte está a cargo de la fabricación de aditivos. Explica los factores importantes en el proceso de fabricación: “El componente debe ser dimensionalmente estable. Esto significa que cualquier deformación y contracción causada por la fabricación aditiva debe ser contrarrestada. Un aspecto importante aquí es la captura de la geometría óptica. Esto nos permite comprobar al instante cualquier desviación”. La metrología óptica permite a la empresa dar soporte a toda la cadena del proceso de fabricación de aditivos y, por lo tanto, producir componentes de ajuste preciso. Esto comienza con la medición geométrica del componente, continúa con la medición de cualquier desviación causada por el alabeo y la contracción, y termina con la verificación del componente terminado resultante. Cualquier inexactitud en la geometría del objeto puede ser detectada durante la producción. Si es necesario, se puede llevar a cabo una respuesta rápida.

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