Fabricación aditiva en el sector oil and gas: la transición de ExxonMobil a la LMD para la fabricación de componentes de titanio
El sector del petróleo y el gas exige una fiabilidad rigurosa de los equipos. En la refinería de ExxonMobil, en Baton Rouge, Luisiana, es fundamental proteger los paneles de los sistemas críticos contra la contaminación por fluidos. Este caso práctico detalla la transición estratégica de la fabricación sustractiva convencional a la tecnología de deposición de metal por láser (LMD) de Meltio, utilizando el sistema Meltio M600.
También muestra cómo el titanio nunca fue un material que ExxonMobil tuviera en cuenta para sus operaciones de fabricación. Sin embargo, gracias a la tecnología de Meltio, se dieron cuenta de que no solo es una solución viable, sino también rentable, sin comprometer la calidad ni el rendimiento de las piezas.
La solución final surgió al rediseñar un dispositivo protector anticapilar para la maquinaria. Esto permitió a los equipos de ingeniería lograr mejoras estructurales y un ahorro de costes considerable.
“Antes de la electroerosión por hilo, nunca habíamos pensado en utilizar piezas de titanio porque era muy caro, pero tras pasar a la tecnología de Meltio descubrimos que es bastante asequible”, explican desde ExxonMobil.
1. Identificación del cuello de botella
El dispositivo anti-capilaridad existente, diseñado para evitar que el aceite suba por los cables del termopar hasta el armario del instrumento, adolecía de importantes limitaciones de diseño y funcionamiento.
Capacidad de montaje limitada
El soporte original carecía de un sistema de montaje específico, dependiendo por completo de un conducto de conexión para sostener el pesado contenedor metálico en medio de continuas vibraciones industriales.
Tiempo de inactividad operativa
El cuerpo principal, una carcasa cilíndrica rígida fabricada mediante torneado y fresado CNC convencionales, impedía el mantenimiento de la placa de separación interna sin apagar completamente la maquinaria.
2. El cambio al titanio 64: superación de las limitaciones metalúrgicas y térmicas
La primera decisión fue pasar del material original a uno más eficiente y eficaz. Tras considerar y probar varias opciones, se eligió el titanio 64: es un material más ligero y económico en comparación con el original, y un material ya parametrizado con la tecnología de Meltio.
Sin embargo, la adaptación de estos componentes de alta resistencia a la fabricación aditiva planteó distintos obstáculos metalúrgicos y operativos.
Requisitos atmosféricos
El material elegido, el titanio 64, requiere un entorno estrictamente inerte para alcanzar unas propiedades microestructurales óptimas. Generar esta atmósfera exige aproximadamente una hora y media de tiempo de máquina para eliminar el oxígeno antes de la impresión.
Restricciones térmicas
El titanio requiere un tiempo mínimo de capa de siete minutos para evitar el sobrecalentamiento, lo que hace que la producción estándar de una sola pieza sea ineficiente debido a los excesivos tiempos de inactividad.
Defectos de deposición
Las pruebas iniciales de impresión del cuerpo principal revelaron oxidación superficial causada por la acumulación térmica localizada, junto con un exceso de material en las alas de sujeción laterales. Además, los rápidos movimientos de desplazamiento durante la impresión desplazaron físicamente el cuerpo principal no anclado, lo que provocó que el láser perdiera el enfoque.
“Los equipos de refinería deben soportar condiciones extremas y vibraciones constantes. Al rediseñar el componente y fijarlo firmemente en su sitio durante el proceso de impresión, creamos una barrera de titanio sólida y a prueba de fugas que cumple fácilmente con los estrictos estándares de fiabilidad exigidos por ExxonMobil”, apuntan en Meltio.
3. Fabricación aditiva estratégica: de las herramientas a medida a la deposición avanzada
Los equipos de ingeniería aprovecharon el sistema Meltio M600 para llevar a cabo un rediseño completo de la pieza adaptado a la impresión en 3 ejes.
Ingeniería de fijaciones a medida
Para maximizar la eficiencia de la inertización de la cámara, los ingenieros fabricaron mediante aditivos una fijación a medida utilizando SS-316Lsi depositado sobre una placa base de SS304. Este utillaje permitió la producción en serie de cuatro componentes simultáneamente, lo que aumentó de forma natural los tiempos de reposo entre capas y eliminó los problemas de oxidación de la superficie.
Estrategias avanzadas de deposición
El cuerpo principal se rediseñó con un límite de saliente de 75 grados. Para evitar estructuras de soporte complejas, el equipo implementó un enfoque de impresión no planar. Utilizando las funciones de sondeo del M600, la máquina ejecutó un toque de salida del eje Z en el punto más bajo del sustrato, depositando elementos directamente sobre la superficie curva. La tapa también se rediseñó para incorporar perímetros huecos diseñados específicamente para albergar un sellador de silicona.
Optimización de parámetros
El exceso de material se mitigó con éxito reduciendo significativamente la potencia del láser y la velocidad de impresión en regiones localizadas específicas. Para evitar el desplazamiento del espacio de trabajo durante los movimientos de desplazamiento sin extrusión, se añadió una sujeción mecánica robusta a ambos lados del dispositivo de fijación, bloqueando los componentes rígidamente en sus sistemas de coordenadas.
Reducción del 42% en los costes y del 90% en el plazo de entrega
Logrado por ExxonMobil tras incorporar la tecnología de Meltio.
4. Cuantificación del impacto
La transición al proceso LMD de Meltio reportó ventajas operativas decisivas.
Eficiencia financiera
El coste unitario del conjunto completo se redujo en un 42%.
Reducción del plazo de entrega
El plazo de entrega de la producción se redujo drásticamente de unas 4 a 6 semanas estimadas a exactamente 58,8 horas.
5. Validación de la LMD como el futuro de la fabricación de componentes para el sector del petróleo y el gas
La sustitución del mecanizado CNC por la tecnología LMD para los componentes de titanio 64 ofrece una optimización geométrica rigurosa y beneficios económicos tangibles. Al abordar comportamientos térmicos específicos y emplear un sistema inteligente de sujeción por lotes, ExxonMobil Baton Rouge modernizó con éxito un dispositivo de protección crítico.
La reducción resultante del 42% en el coste unitario confirma que la LMD es una solución de fabricación altamente competitiva para los exigentes entornos del sector del petróleo y el gas.
“Alejarnos del mecanizado tradicional cambió por completo la economía de nuestra producción. Redujimos los costes unitarios en un 42% y acortamos nuestros plazos de entrega de seis semanas a poco menos de 60 horas, lo que demuestra que la fabricación aditiva aporta un valor financiero real a la industria del petróleo y el gas”, concluyen desde ExxonMobil.
