CFAA celebra cumpleaños y éxitos

El CFAA cumple dos años. Nacido en 2016 como centro de desarrollo de I+D en procesos de fabricación y de mejora de las máquinas y medios de producción del sector motorista de aviación, la apuesta conjunta de la agrupación de empresas, más la Universidad del País Vasco, con la iniciativa del Depto. de Desarrollo Económico e Infraestructuras del Gobierno Vasco y la Diputación Foral de Bizkaia, culminó con la inauguración el 15 de noviembre de 2017 del centro. Por tanto, este segundo aniversario puede servir para analizar en líneas generales el impacto y progreso de la actividad del centro.

CFAA nace con el objetivo de poder desarrollar tecnologías avanzadas de fabricación en niveles de desarrollo que sean de rápida transferencia a nuestro tejido industrial orientado a este sector clave de la economía. Sirve además de lugar de encuentro y trabajo conjunto de diferentes agentes y empresas que poseen capacidades, intereses y trayectorias en el sector de los componentes del motor aeronáutico y estructural. El objetivo del centro era trabajar en los niveles de Technology Readiness Level entre el 5 y el 7. Esta escala establece una evolución entre el 1 al 9, siendo 1 una idea feliz con algún viso de aplicabilidad, y 9 un paso justo antes de la aplicación final.

La ratio de aplicabilidad entre el nivel 1 y el 9 suele considerarse entre 400 a 1. Quizás a nivel filosófico de la evolución de la humanidad esta ratio tan baja sea explicable, pero a nivel de la industria de un país sería insoportable. De hecho, los niveles 5, 6, 7 suelen considerarse el Valle de la Muerte, por ser de difícil resolución dada la necesidad de información y medios de producción reales. Investigar de forma que la sociedad reciba retorno social y económico de la investigación es una necesidad y casi obligación del sistema, incluso la investigación más básica debe vislumbrar un camino de retorno económico.

La idea de centro de este tipo es muy nueva en Europa, y con la inspiración de unos pocos (AMRC de Sheffield, algunos centros alemanes, etc.) se ha desarrollado un modelo propio, que está siendo un gran éxito. Su propia concepción es novedosa, como demuestra el trabajo publicado en una revista JCR en concreto TRLs 5–7 Advanced Manufacturing Centres, Practical Model to Boost Technology Transfer in Manufacturing, Sustainability 2019, 11(18), 4890; https://doi.org/10.3390/su11184890.

Disponer de un centro mixto de I+D+i en el ámbito de las tecnologías avanzadas de fabricación aeronáuticas que sea un referente internacional permite:

• Realizar actividades que permitan una transferencia rápida de resultados al entorno productivo asociado a la cadena de valor. Su actividad de I+D+i se ubica entre los TRL 5 a 7 según la escala de la NASA (pilar 2) en cuanto a la cercanía a la aplicación final.
• Atraer iniciativas innovadoras dentro del ámbito de la fabricación aeronáutica avanzada que puedan desarrollar y generar nuevo tejido industrial o reforzar el existente.
• Desarrollar proyectos de fabricación avanzada integrando y focalizando todos los recursos de los socios y aprovechando a su vez los recursos y conocimiento generado por los agentes de la Red Vasca de Ciencia, Tecnología e Innovación.
• Ser un centro referente para suministradores y fabricantes de equipamiento para la fabricación aeronáutica, con el objeto de abrir su participación como socios en proyectos de tecnología de fabricación avanzada, contribuyendo con su equipamiento y know-how durante la realización de éstos.
• Colaborar con otros agentes que busquen fines compatibles dentro de este campo, este hecho es una realidad con Ideko, Tecnalia, Tekniker, Vicomtech, IMdea Materiales, etc., es un hecho.
• Aprovechar todas las sinergias que pueden darse entre la universidad, las empresas y las instituciones, dirigiendo los esfuerzos al desarrollo de actividad de I+D y de formación de alto nivel orientada a explotar tecnologías de interés para la industria vasca y para desarrollar capacidades científico-tecnológicas en el ámbito de la fabricación avanzada.

Las directrices que se establecieron en 2015 para su lanzamiento se han cumplido con creces, el CFAA es una realidad viva, efervescente de proyectos e ideas. Entre los proyectos tipo que han sido de gran éxito:

• Reingeniería de procesos, definiendo procesos más sencillos, con nuevas herramientas de corte, CAM o formas de trabajo. Un resultado directo que ayuda al centro es la percepción de los técnicos de producción del valor real que el CFAA tiene para sus esfuerzos del día a día.
• Mejora de las funcionalidades de las máquinas herramienta, dotándolas de nuevas opciones, por ejemplo, capacidad de rectificado, sensorización, ciclos de CNC, etc. Las máquinas herramienta del centro están encontrando un gran nicho de aplicación y valor añadido en el motor aeronáutico.
• Utillajes más ‘Smart’, es decir, la solución adecuada entre coste, nivel de sensorización y reconfigurabilidad.
• Primeras demostraciones aterrizadas y tangibles de conceptos 4.0, en campos de monitorización y gestión avanzada. La colaboración de Fagor Automation en este caso es muy significativa.

1) Beneficio para las empresas: espacio abierto a la colaboración, en un entorno de I+D, donde el efecto tractor del sector motorista inspira grandes proyectos de I+D estables en el tiempo, con estrategia común.

2) Beneficio para la universidad y centros de formación: efecto tractor sobre muchos proyectos de investigación aplicada, multidisciplinares, alineados con intereses reales de empresas. Doctorado alineado con la industria y su aplicabilidad a medio plazo.

3) Beneficio social y económico: uso óptimo del efecto incentivador de ayudas de instituciones. Especialización regional alineada con la de la CAPV. Formación de profesionales de talento, generación de nichos de oportunidad de negocio.

Algunos ejemplos de éxito, entre los muchos realizados. Se hace injusto citar solo algunos, pero solo hay que seguir otros espacios CFAA u otras publicaciones para ver que los 78 socios del centro son realmente activos.

No citaremos los proyectos de fabricación aditiva, porque solamente con sus retos, actividad y evolución hacia producción real sería casi otro trabajo como este. La estrategia de Renishaw multiplicada por ITP Aero, la colaboración de empresas de consumibles, gases como Nippon gases, retos de investigación que dan que hacer a los grupos del departamento de Ingeniería Mecánica de la UPV/EHU, fabricantes de herramienta como Izar, y pequeñas empresas que comienzan a situarse en la cadena de suministro es una realidad palpable. Podemos hablar casi de una agenda propia de la fabricación aditiva en el CFAA. Más que de una carrera, podemos pensar en una contrarreloj por equipos, y este es el equipo CFAA.

Lo mismo ocurre con soldadura avanzada y tanto por procesos térmicos como por láser, o la metrología, tanto en modo ‘in process’ y ‘off process’. Varios proyectos de metrología Sariki, Renishaw o Trimek tratan de reducir el tiempo de inspección dado que es un cuello de botella siempre en producción aeronáutica.

Pero el lector querrá algunos ejemplos, estos son algunos representativos de los más de 200 realizados.

A. Plataforma multitarea, máquinas orientadas a nichos de gran valor añadido

La plataforma Ibarmia THR Multiprocess se ha convertido en 2019 en una estación que incorpora además de fresado en cinco ejes y de torneado, capacidades de rectificado, ciclos fijos de power skiving para la realización de engranajes, manejo de cabezales angulares, entre otras. Esta máquina puede dar satisfacción a múltiples clientes, tanto del sector del motor, como de componentes de precisión.

La incorporación de ciclos de rectificado obliga a utilizar filtros más finos, y sistemas de diamantado. Pero se abren nuevas posibilidades en sectores de elevado valor añadido.

GMTK cuenta ya con una plataforma de torno vertical configurable para componentes de rotación, y ya está estudiando el desarrollo de soluciones que aumenten aún más la accesibilidad y el tipo de operaciones de esta plataforma.

Ambos casos son un buen ejemplo de cómo los fabricantes de máquina herramienta aprovechan las instalaciones para mejorar y definir sus productos para nichos de mercado de gran valor añadido. Danobat, Trimek, Intermaher, Ekin, Sariki, Fagor Automation serían otros buenos ejemplos.

La ventaja CFAA: el espacio del CFAA es el taller donde esta empresa está realizando esta conversión y mejora de sus máquinas, con múltiples ideas que provienen de otros socios y de la propia universidad.

B. Mejora de procesos en superaleaciones Ni-Co

En los nuevos conceptos de motor, la empresa ITP Aero S.A.U. utilizará nuevas aleaciones, que como característica general conllevan más cobalto, y por tanto con fuerza específica de corte de más de 3000 N/mm2. Fijar las condiciones de corte óptimas para definir más tarde los procesos industriales implica una investigación de tipo:

1. Identificación de los problemas de mecanizado
2. Estudio de herramientas y experiencias previas sobre estas aleaciones del grupo S.
3. Campaña de ensayos en formas simples, que permitan disponer de la ventana de parámetros de Vc, avance y profundidad
4. Ensayos en demostradores, en componentes que puedan introducir las formas y requisitos de componentes reales. De esta forma se consigue una validación de proceso en componente real y de esta forma recortar plazo de implantación de la mejora en producción.

Además de los usuarios finales, los múltiples fabricantes de herramientas de corte ven aquí una ventana de oportunidad. Wolco, Izar, Emuge, Kendu, Widia, Seco, Walter, Imcar, Mikron, Kyocera, Kennametal, Güring, Canela, Ceratizit, Sandvik, NTK, Íscar, Tivoly, DC Swiss, Mitsubishi, etc., así como recubridores de herramientas como Metal Estalki disponen de una instalación óptima para realizar pruebas. También los fabricantes de utillajes y medios de sujeción, como Fresmak, TdG, Laip, Sikulan, Delfin Componentes, o Metalúrgica Marina proponen nuevas ideas de sujeción.

Cada proyecto de mecanizado es un trabajo multisocio, hay muchas aplicaciones, campo para muchas mejoras.

La ventaja CFAA: el espacio de pruebas del CFAA permite investigar, probar y reportar siguiendo un procedimiento muy riguroso, incluyendo aspectos de rendimientos de proceso y análisis de los efectos sobre las aleaciones. En el partenariado existen todos los agentes de la solución de mecanizado.

C. Mejora de procesos de torneado en régimen de pinch turning

La máquina de Danobat del CFAA siempre utiliza esta función si es posible. Algunos de los problemas dinámicos de vibración surgidos se han resuelto, capacitando al sistema en este tipo de proceso. La rigidez del torno es elevada, y con ello se aseguran cotas y tolerancias. Por otra parte, el centro Ideko colabora y desarrollo procesos nuevos, como el torneado con variación de avance, además de compartir varios doctorados con la propia UPV/EHU.

La ventaja CFAA: este sistema de torneado puede ofrecer una productividad doble, pero debe estar testeado en componentes de elevado valor añadidos, como discos, carcasas, y otros componentes. Existe una línea de trabajo en temas de control sinusoidal del avance y de otros planteamientos de gran novedad.

D. Demostrador de nuevos conceptos de mordazas, basados en polímeros

El I+D implica abrir línea de trabajo nuevas, así ha hecho Fresmak con su sistema F-Grip. Antes de comercializar su nuevo producto innovador, esta empresa está realizando unas pruebas piloto del sistema F-GRIP en plantas de producción de varias empresas europeas de varios sectores, con un enfoque especial en el sector aeronáutico. El CFAA ha sido una de ellas, con unos resultados en sistema de torneado muy buenos, y desde este TRL 6-7 se pueden plantear soluciones industriales diversas. Este proyecto es un verdadero salto en las formas de abordar los sistemas de amarre, que tradicionalmente son mecánicos.

La gran ventaja de la adherencia por polímeros es que se deja libre todas las superficies laterales, además de trabajar sin problemas de deformación por fuerzas de amarre lateral demasiado elevadas. Un proyecto de este tipo para una empresa como Fresmak obliga a avanzar resolviendo problemas en cada TRL, y las pruebas en CFAA han sido un verdadero éxito.

La ventaja CFAA: toda investigación en temas rompedores requiere múltiples pruebas, variantes e iteraciones. El CFAA es como una empresa real, pero sin el stress de tener máquinas paradas mientras las pruebas. En este proyecto el CFAA ha sido un lugar de avance en los niveles de madurez de la tecnología, donde se reciben ideas, existe posibilidad de prueba-error y se reciben inputs valiosos de los campos donde estas nuevas soluciones tendrían gran valor. Estar cerca de clientes potenciales del campo de las turbinas aeronáuticas es un lujo, al alcance de unas pocas regiones de Europa.

E. Blisks complejos realizados por EDM

La mejora de la eficiencia de las turbinas aeronáuticas conlleva la optimización de diseño de sus piezas que derivan en retos de fabricación. Un ejemplo claro son los Blisk (Blade Integrated Disk), componentes con alabes integrados que, debido a su geometría y materiales, son complejos de fabricar mediante el mecanizado tradicional. El proceso de electroerosión por penetración (SEDM) es un proceso viable pero poco desarrollado para la fabricación de este tipo de piezas. Para ello, se requiere de máquinas de electroerosión de altas capacidades unido a un equipo de ingeniería especializado.

En este contexto se ha desarrollado el proyecto para la fabricación de un demostrador de un Shrouded Blisk, fruto de la colaboración entre el Centro de Fabricación Avanzada Aeronáutica (CFAA) y ONA Electroerosión S.A. S Una vez estudiada la secuencia de operaciones necesaria, se ha fabricado un disco completo para demostrar la viabilidad y se ha llegado a la conclusión de que, una vez realizado el estudio de diseño y el posterior desarrollo, es un proceso altamente automatizable.

La ventaja CFAA. Disponer de máquina, ideas y tiempo de desarrollo, así como de técnicos muy bien formados en este campo. De hecho, la líder de esta tecnología es doctora, así como diverso personal de la propia empresa.

F. Brochado avanzado de fir-trees

Se anuncia el banco de ensayos para pruebas de brochado que estará listo en el CFAA en los primeros meses de 2020. Esta máquina de Ekin, con CNC de Fagor Automation, va a permitir tanto la mejora de los procesos de producción de ranuras tipo fir-tree en discos de turbina como de las propias brochas tanto de desbaste como de acabado. Sin duda disponer de este banco va a ser muy singular, dado que existen muy pocas instalaciones de este tipo en Europa.

Además, se trabaja con Sisteplant para definir un sistema de monitorización y análisis de datos avanzados.

Pero el éxito se debe medir. Los proyectos propuestos y realizados por los socios del CFAA han sido alrededor de unos 243, entre 2016-2019. En el diagrama se observan cuáles han sido los resultados de los mismos:

• El 19% ya se encuentran implantados en las cadenas de producción de los socios, es decir, tras su realización y entrega de informes o demostradores han avanzado en los niveles de industrialización hasta ser realidades en planta.
• El 32% se encuentran en procesos de implantación, es decir, definiendo aquellos aspectos de evolución tecnológica que hacen referencia al escalado o a la definición de los procesos de detalle. Se podría decir que ya están en los niveles de madurez de la tecnología Manufacturing readinees level, del estado 8 y 9. Recuérdese que el 10 no existe por ser ya la producción real diaria.
• El 17% están finalizados, con buenos resultados y en fase de definición de los procesos y sus repercusiones económicas. Tras un buen proyecto, son los directores o encargado de producción los que deben definir los tiempos de implantación, o bien los departamentos de compras establecer contratos de suministro.
• El 19% están en curso, y por tanto en ejecución en el CFAA. En 2020 se integrarán más proyectos. Por término general hay unas 100 ideas en la mente de las empresas o universitarios. Este 19% son los que ya están planificados.
• El 14% han dado como resultados su no aplicabilidad a la vida de producción, bien porque los resultados de las ideas iniciales no fueron adecuados, o bien porque los resultados fueron buenos pero muy caros, y por tanto no recomendable su uso. Este balance es muy bueno, dado que se suele considerar que los niveles de éxito desde el TRL 1 al 9 suelen ser de 400 a 1, como tasa de aplicabilidad. Por tanto, la tasa de fracaso de 14% es muy baja.

Como aspecto destacado, es que en las explicaciones de arriba se indican razones tecnológicas, económicas o industriales. En tiempos donde a veces el I+D se explica en términos grandilocuentes, este hecho denota una de las características del centro: aplicabilidad, realismos y uso adecuado de fondos que impactan en la economía.

Existen cuatro razones para poder explicar el porqué de la eficiencia del CFAA y su elevada tasa de éxito:

a) Gran grado de implicación y colaboración de las empresas a la hora de definir las premisas sobre las que se plantean las opciones de mejora. Explicación detallada tanto de los procesos actuales como del estado del arte. Introducción de nuevas ideas a probar desde las empresas y universidad, para definir el planteamiento inicial de los procesos. Por tanto, el previo a cada proyecto implica implicación y puntos de vista diversos y compatibles.

b) Ejecución en el entorno del CFAA utilizando medios y máquinas de calidad, y de tamaños y funciones semejantes a las de producción. Además de las máquinas, existe un grupo de trabajo heterogéneo y compatible formado por técnicos de la universidad (CFAA), técnicos de las empresas, y suministradores de soluciones de mecanizado o proveedores de tecnología. Un verdadero trabajo en equipo.

c) Control del alcance del proyecto y tiempo de ejecución: ningún proyecto suele ser de más de 8 meses, o no llega a definir un resultado tangible. Es decir, el alcance se mantiene controlado de forma eficaz.

d) Gran grado de confianza en el grupo, tanto de empresas, como de técnicos, como de universidad, y gran entendimiento con las instituciones de Gobierno Vasco y Diputación de Bizkaia. El propio modelo de centro está siendo un verdadero resultado de esta iniciativa, alcanzándose coordinaciones quizás con pocos precedentes a escala estatal.

En cuanto al rendimiento económico, las empresas han aportado unos 0,8 millones por año, a los que se suman los de proyectos de la universidad como socio que suman otros 0,5 millones.

La tasa de éxito anterior aplicada a este nivel de gasto es un tema interno de las empresas, pero sí se podría situar en un ahorro global o mejora de la venta de máquinas de 2 o 3 veces por año de esta cantidad. Por otra parte, hubiera habido proyectos que se han ejecutado que sin el CFAA nunca hubieran existido: ese aspecto es difícil de valorar, pero es quizás clave.

No se puede olvidar el impacto trasversal del centro en la formación de alumnos universitarios y de formación profesional, la orientación general de las líneas de trabajo de universidad en temas realista y con posible impacto industrial, la buena visión del centro para visitas del extranjero, etc.

El trabajo en equipo requiere personas compatibles y bien formadas. Al final un proyecto humano depende de la voluntad y tenacidad de sus componentes. Algunos de ellas y ellos nos indican sus impresiones del día a día del CFAA. En la actualidad la familia CFAA tiene 34 miembros.

Dra. Izaro Ayesta – Técnico en el CFAA

“Crecer profesionalmente en un ambiente colaborativo donde la implicación de las empresas es crucial. Poder desarrollar tecnologías con un impacto directo en la mejora de la productividad implica una mayor satisfacción profesional.”

Roberto Polvorosa – Técnico del CFAA

“Me ha permitido conocer la investigación más aplicada realizada por las empresas pertenecientes al tejido industrial y relacionarlo con la investigación más básica que había realizado en la Universidad”.

Francisco Amigo – Doctorando en el CFAA, en temas de mecanizado de superaleaciones

“Un giro en mi vida, ya que, al venir desde el mundo de la empresa, la perspectiva ya es diferente. He encontrado el modo de centrar mis esfuerzos en una línea de investigación que me interesa, relacionada con materiales poco comunes y en el CFAA disponemos de los medios para llevarlo a cabo”.

Sheila Sánchez – Alumna de Formación Profesional dual de ITP Aero en el CFAA

“El CFAA ha supuesto una oportunidad de futuro. El tener acceso a tecnología punta ha hecho que adquiera un conocimiento diferenciador para la entrada en el mundo laboral”.

Razvan Rauta – Alumno de Formación Profesional de ITP Aero en el CFAA

“Una oportunidad para aprender a trabajar tanto tecnológicamente como en equipo. También ha supuesto una manera de mejorar mis capacidades a la hora de afrontar retos profesionales”.