Hibridación de procesos
aditivos y convencionales para mejorar la productividad en la fabricación de
componentes aeronáuticos
1. Procesos de fabricación aditiva: L-DED Y L-PBF
La fabricación aditiva se
refiere al grupo de procesos que se basa en la generación de piezas añadiendo
material sobre un sustrato capa a capa, partiendo de un diseño digital en 3D.
Este enfoque permite generar elementos con geometría y dimensiones similares a
los de la pieza final, minimizando así el postproceso necesario y permitiendo
un ahorro de material.
Este trabajo se centra principalmente en la FA metálica, sobre todo en los procesos siguientes:
La fusión de lecho de polvo o Powder Bed Fusion (PBF) se utiliza en la fabricación de componentes metálicos de tamaño reducido. En este proceso una capa fina de polvo es pre-depositada sobre la plataforma de fabricación, donde una fuente de energía concentrada funde selectivamente el polvo de aquellas regiones que se corresponden con la geometría del diseño digital (Figura 1). Cuando el material fundido se solidifica, el lecho de polvo se recubre nuevamente de material virgen, y mediante la repetición sucesiva de este proceso se fabrica la geometría final.
2. Ventajas de la fabricación
aditiva frente a procesos tradicionales
Procesos de FA no requieren utillajes individualizados por lo dota a la FA en las etapas de diseño y producción de un mayor dinamismo y flexibilidad. FA tiene potencial para la individualización de la producción en masa a un precio reducido, lleva a una mayor personalización del producto. También existe un mayor aprovechamiento del material y reducción de los residuos. Además, esto tiene un efecto favorable en la cadena de suministros. Debido a la descentralización de la producción, la alta automatización del proceso y necesidad reducida de equipos, los componentes pueden ser impresos por suministradores locales. De esta forma, se logra agilizar la cadena de suministro y reducir sustancialmente el plazo de lanzamiento o Time to Market.
Por
último, la FA está ligada a una libertad de diseño superior frente a los
procesos de fabricación convencionales. Por una parte, hay dos motivos
principales detrás de la libertad geométrica de la FA. Primero, el carácter
aditivo y la fabricación capa a capa. Segundo, el hecho ser una tecnología que
no requiere de utillajes ni herramientas
3. Análisis de procesos a
hibridar
La hibridación de
procesos de fabricación ofrece la posibilidad de combinar los puntos fuertes de
distintos procesos, eliminando, a su vez, las limitaciones individuales de cada
uno de ellos.
Se analizan fundición, forja y mecanizado.
Dando
esta tabla de características para los procesos convencionales
4. Análisis de la viabilidad
de la hibridación de procesos aditivos y convencionales
Se concluye, por tanto, que
mediante la hibridación de procesos de FA con otros procesos de fabricación
tradicionales, se podrían complementar las posibles carencias y,
simultáneamente, maximizar sus beneficios.
Tabla de carencias y
aspectos positivos de cada proceso
FA adquiere
inevitablemente el rol de añadir elementos de detalle, cuyo diseño, además,
podría variar de pieza en pieza. La fabricación de la geometría base o preforma
mediante procesos de forja o fundición facilita la producción seriada, y
posteriormente esta se podrá personalizar el diseño según los requerimientos
específicos de cada aplicación mediante procesos de FA. De esta forma, se
fabrica la pieza base de forma productiva y con un coste por pieza bajo;
mientras que mediante la FA se adquiere una mayor capacidad de customización
individual, aumentando también la flexibilidad ante cambios de diseño. Esto se
traduce en un mayor dinamismo de la cadena de suministro, así como una mayor
interacción entre las etapas de diseño y producción.
Combinaciones más
potentes:
Forja + DED: se optimiza
el aprovechamiento de material y se confiere una mayor flexibilidad y dinamismo
al sistema de producción. Superar las limitaciones naturales de
diseño del proceso de forja mediante la adición de material mediante DED que da
un valor añadido a las piezas, ya que puede modificar la geometría final.
Fundición + FA: en este
caso se pueden utilizar ambos métodos de adicción ya que mejora
considerablemente el producto. Con PBF se obtener una pieza de geometría más
compleja y con un mayor valor añadido. Y con DED se dota al diseño del
componente de una mayor libertad geométrica y la posibilidad de fabricar
componentes personalizados.
FA + mecanizado: se
utiliza L-DED piezas tamaño medio y cierto nivel de detalle y el método WAAM
con piezas de gran tamaño. En ambos casos para mejorar la eficiencia del
mecanizado
Conclusiones
Se demuestra en el
estudio la compatibilidad y la mejora de los procesos a través de la FA obteniendo
estas mejoras en los procesos de fabricación.
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