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Economía

La eclosión de la fabricación aditiva

El metal pega con fuerza como una de las materias primas más fiables hoy entre las nuevas generaciones de impresoras 3D

Rafael Servent

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La eclosión de la fabricación aditiva

La eclosión de la fabricación aditiva

El año 2018 será el del metal. Este material irrumpió hace dos semanas como la gran revelación en la IN(3D)USTRY From Needs to Solutions, en el marco de la Barcelona Industry Week que se celebró en Fira de Barcelona. En este espacio repleto de impresoras 3D profesionales, dedicadas a la fabricación aditiva de piezas industriales, el metal brilló. En medio de una diversidad de tecnologías y materias primas sin precedentes, las muy mejoradas impresoras SLM (Selective Laser Melting), capaces de imprimir piezas metálicas de formas imposibles mediante microfundiciones de polvo metálico en contacto con cabezales láser, sobresalieron por encima del resto.

Hierro, aluminio, cromo, acero inoxidable, oro, plata, titanio… todo es susceptible de ser impreso, con aplicaciones que van desde la industria aeronáutica hasta las prótesis quirúrgicas. Ya no es el futuro. La fabricación aditiva es presente. El molde muere. Y el metal renace en 3D.

Lo cuentan en Trumpf, un fabricante tradicional de máquina-herramienta alemán que, hace diez años ya, decidió apuntarse a la fabricación aditiva con el desarrollo de una nueva línea de impresoras 3D capaces de trabajar con metal como materia prima. Hace un año y medio que sacaron al mercado sus primeras impresoras 3D comerciales, preparadas para elaborar piezas de hasta 30 centímetros de diámetro por 40 centímetros de alto.

Nitrógeno y argón
Capa a capa, en un espacio de impresión cerrado y lleno de nitrógeno (para evitar la oxidación del metal) o de argón (para evitar explosiones), un dosificador deposita una fina película de polvo metálico. Tras cada capa, el cabezal láser se encarga de ejecutar la microfundición. Una nueva capa de polvo y una nueva microfundición. Hasta tener lista la pieza. No es rápido ni barato, pero eso es algo que tienen ya asumido quienes los utilizan.

El elevado precio de estas impresionas (que se cuenta por decenas de miles de euros) las aleja del mundo maker de Fab Lab y de garaje. ¿Entonces, qué las hace tan atractivas? ¿Por qué todos hablan de ello en este sector? Sencillamente, porque lo están cambiando todo: permiten hacer cosas imposibles hasta hace apenas una década.

La producción a base de molde y mecanizado tiene los días contados: las nuevas generaciones de impresoras 3D entran con fuerza en sectores como la aeronáutica o el quirúrgico

Cosas como fabricar componentes de una sola pieza con estructuras llenas de huecos, que consumen menos material y aligeran peso, y que llevados a sectores como el aeronáutico, por ejemplo, pueden ahorrar millones de euros en carburante a una aerolínea, gracias a anclajes de asientos o piezas del motor que ya no tienen que ser macizas, como imponía hasta hace poco la producción a base de molde y mecanizado.

En Trumpf ya están experimentando con una nueva generación de impresoras que podrá fabricar objetos de 50 centímetros de diámetro por 40 centímetros de altura. Y van a seguir. Como ellos, otros muchos. Piezas más grandes, más precisas, con más diversidad de materiales, para más sectores.

Más materiales y tecnologías
“El metal pega muy fuerte, y 2018 será su año –cuenta Francesc Adell, director técnico comercial de la consultora Intech3D-, pero lo que está por venir van a ser los materiales cristalinos, muy complicados para la impresión 3D, como el poliacetal o el PEEK”. La lista no se detiene: poliamidas (como el nylon o el kevlar) para fabricar elementos de fricción como cojinetes o correas o una nueva generación de impresoras de tecnología CFF que permite fabricar componentes finales de alta resistencia (como cascos de moto o palancas de bicicleta) a base de fibra de carbono continua embebida con nylon, están a la vuelta de la esquina.

La tecnología FDM es la única que, a día de hoy, tiene su patente liberada

¿Por qué entonces, con toda esta fenomenal explosión de tecnologías y materiales, lo único que vemos en la calle son esas impresoras 3D con las que se hacen jarroncitos de plástico y poca cosa más? Pues porque esas impresoras utilizan tecnología FDM, la única tecnología de impresión 3D que a día de hoy tiene su patente liberada, ya que caducó en el año 2008.

Es por esa razón y no por otra que prácticamente todas las impresoras 3D que tenemos al alcance en nuestro día a día utilizan la conocida bobina de filamento termoplástico, que se calienta y se funde a medida que se van poniendo capas del objeto que se fabrica. Plásticos ABS, PLA, ASA, PETG, HIPS… la colección de materiales termoplásticos que se emplean con esta tecnología no para de crecer, aunque da para lo que da. “Prototipaje, series cortas, utillaje y customización” son, según cuenta Francesc Adell, de Intech3D, “las cuatro grandes áreas” en la que se desenvuelven estas impresoras.

Metal, resinas, poliamidas, fibra continua de carbono embebida con poliamida... la lista de materiales no deja de crecer

Algo parecido sucede con el resto de tecnologías de impresión 3D que, según cuenta este consultor, han pasado ya por la fase de ‘valle’ en el conocido ciclo de Gartner (una representación gráfica de la madurez, adopción y aplicación comercial de tecnologías específicas) para entrar en el segundo ciclo de crecimiento, justo antes de consolidarse.

A la ya clásica y popularizada tecnología FDM (el ciclo de Gartner termina cuando una nueva tecnología pasa a ser masiva) se le suma la SLM (metal), la SLA (sinterización láser de resina), la SLS (poliamidas), DLP (fotopolimerización de resina) o CFF (fibra continua de carbono embebida con poliamida).

Tarden lo que tarden en ser masivas, las empresas van a tener que adaptarse. Ya lo están haciendo con las tecnologías más populares. “Está pasando: la conversión de pelet a bobina de filamento es un hecho entre los proveedores de plásticos, porque la fabricación aditiva lo está cambiando todo, y si no hacen esa conversión, se quedarán atrás”, vaticina Francesc Adell.

Las principales tecnologías de impresión 3D hoy

  • FDM: Es la tecnología más antigua y conocida. Las clásicas impresoras 3D con bobina de filamento termoplástico. Son las favoritas en el mundo maker. Los prototipos son su principal aplicación industrial.
  • SLA: Utilizan resinas técnicas a altas temperaturas como materia prima. Pueden imprimir piezas de grandes dimensiones, como un salpicadero de automóvil. El prototipaje ha sido hasta hace poco su principal fin.
  • SLS: Se nutren de poliamidas en polvo. Su principal cometido es el prototipaje funcional de piezas que van desde un componente de aspiradora a una caja electrónica. Su acabado es algo poroso y rudo.
  • DLP: Como las SLA, emplean resinas técnicas, aunque con plataformas más pequeñas, lo que rebaja las dimensiones de lo que pueden imprimir. Su principal ventaja es la velocidad.
  • CFF: Estas impresoras emplean como materia prima fibra continua de carbono embebida con poliamida (como el nylon) para fabricar objetos muy resistentes a la abrasión y a la torsión.
  • SLM: Con cabezal láser y ambiente controlado, pueden fabricar piezas 100% de metal con formas imposibles hasta ahora.

Prototipos y series cortas

Las cuatro grandes áreas en las que se mueven hoy las impresoras 3D de uso profesional son la fabricación de prototipos, las series cortas, el utillaje y la customización. De todas ellas, la más utilizada hasta ahora ha sido la función de prototipaje (tanto conceptual como funcional), con las principales ventajas en la reducción del tiempo de llegada al mercado y en el aumento de la versatilidad. Gracias a la impresión 3D, se puede llevar un producto al mercado en tiempos récord.

La fabricación de series cortas es la segunda aplicación más importante de estas tecnologías a escala industrial. Cuando nos movemos en determinados parámetros de producciones muy limitadas, la fabricación aditiva saca ventaja sin duda en costes a cualquier serie fabricada a partir de un molde. Además, permite infinitas modificaciones de las piezas sin necesidad de encargar y construir un nuevo molde. Basta introducir los cambios en el diseño CAD del ordenador y el producto está listo para fabricar.

En la producción de utillaje, más minoritaria ya, la fabricación aditiva permite reducir dramáticamente los tiempos de taller, además de evitar errores de montaje.
Por último, la customización o personalización permite llevar a cabo la fabricación de un ‘traje a medida’ para un único problema. Una pieza a medida para ese caso concreto, a un coste infinitamente menor y con muchísima más calidad que si se afrontasen otras vías.

Con la eclosión de las nuevas generaciones de impresoras, capaces de trabajar con un abanico cada vez más grande de materiales, las posibilidades se disparan.
 

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