Papel de la fabricación aditiva en metal en la Industria 4.0

 

Existen diferentes tipos de fabricación aditiva o impresión 3D, distinguiéndose:

-En función de los materiales que utilizan como filamentos de metal, hilos termoplásticos, polvos de metal, composites, líquidos y resinas

-En las formas de unir los materiales mediante calor, haces de luz, láseres, soldadura o aditivos entre otros.

Cuando hablamos de fabricación de aditiva en metal hay varias tecnologías que son las más empleadas:

-Fusión en lecho de polvo (PBF): uno de sus procesos de fusión es la tecnología SLM o fusión selectiva por láser donde se emplea un rayo láser de alta potencia para fundir completamente polvos metálicos transformándolos en piezas solidas tridimensionales. El láser va uniendo las diferentes partículas y a medida que lo hace se añade otra capa fina de polvo para su posterior endurecimiento. Puede utilizar materiales como polvo de acero inoxidable, aluminio, titanio, etc. Esta tecnología tiene sus variaciones según si esta fusión se realiza en cámaras inertes, compresor en vacío o altas temperaturas.

-Fabricación aditiva por soldadura de arco (WAAM): Por una parte hay un hilo o barra de metal y por otro un cabezal de soldadura que funde el metal y lo deposita por capas, da como resultado piezas robustas pero requiere mecanizado y no se pueden crear diseños complejos o con cavidades en su interior. Su ventaja es que se pueden crear piezas de gran tamaño. 

 Ahora bien podríamos decir que existen varias maneras de realizar fabricación aditiva en metal, la más habitual y descrito hasta ahora es que se diseña el objeto y se fabrica desde cero. Otra posibilidad es fabricar desde objetos ya existentes. Por ejemplo desde un objeto sobre el que quiero imprimir para añadir material, ya sea para añadir una nueva forma o para reparar una fisura. Esto requiere de un conocimiento previo del objeto sobre el que vamos a imprimir que se consigue gracias a la digitalización de dicho objeto.

Hay empresas que quieren aplicar un recubrimiento de polvo de metal a sus productos para darles mayor durabilidad y esto se puede hacer mediante fabricación aditiva. Por ejemplo tenemos la construcción directa de laser aditivo, donde el polvo es proyectado por la boquilla y se fusiona a su salida a través de un rayo láser para formar una especie de cordón de soldadura, este método permite imprimir directamente sobre una pieza. También existe la pulverización en frio conocida como Cold Spray, cuyo objetivo es unir los polvos metálicos al proyectarlos fríos sobre un soporte.

En el mundo de la fabricación aditiva en metal también se habla de la fabricación aditiva hibrida, en el que se combina la fabricación aditiva con un tipo de fabricación más tradicional, sustractiva, con técnicas de mecanizado tradicional. Esto se debe a que hoy en día la fabricación aditiva no llega a los niveles de acabado superficial y dimensional para fabricar productos de calidad y requiere de un postproceso de eliminación de material sobrante o de lijado. De este modo una maquina aditiva hibrida está basada en la incorporación de un cabezal de aporte laser a un centro de mecanizado, haciendo todo directamente sobre ella, la fabricación aditiva metal de la pieza y el posterior mecanizado.

Las principales ventajas de la fabricación aditiva en metal es que podemos crear todo tipos de piezas y geometrías complejas, sobre todo en el caso del lecho de polvo que hasta ahora era imposible fabricar mediante procesos tradicionales de mecanizado y forjado. La pieza tiene un volumen y es sólida pero internamente se puede crear huecos para aligerarla o mejorar sus propiedades físicas, suponiendo una revolución absoluta en el mundo de la fabricación de muchos productos. Además al ser una fabricación aditiva y no sustractiva el ahorro material es evidente, otra ventaja es que los procesos de fabricación son más rápidos para una pequeña cantidad de unidades. Las principales desventajas son que hay algunos materiales, como los polvos de titanio, que son más caros al peso que una pieza solida y  que las propias impresoras de fabricación aditiva en metal son muy caras.

¿Para qué se suele aplicar la fabricación aditiva metal en la industria?

Para productos de prototipado rápido, moldes con cavidades internas para su refrigeración que serían imposibles fabricar mediante mecanizado, brocas de metal especiales refrigeradas internamente, figuras geométricas complejas que no se pueden hacer con otros medios, utillajes con mayor rendimiento que otros de materiales plásticos, recambios de piezas que no se pueden conseguir, unificar conjuntos de piezas y fabricarlos en una sola limitando la necesidad de  postprocesos o eliminando muchos ensamblajes, acortar los plazos de producción, fabricar piezas personalizadas para ciertos clientes, etc.

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¿Cuáles son las tendencias de futuro de la fabricación aditiva en metal en el ámbito industrial?

Existe una clara mejora temporal en la productividad de las maquinas. Por ejemplo las impresoras de fusión de lecho de polvo empezaron con un solo láser y ahora disponen de hasta 4 permitiendo una mayor velocidad de fabricación. Por otro lado, cada vez hay más fabricantes de polvo de metal y mediante inversiones se está consiguiendo reducir los costes del producto. Todo esto está permitiendo que la tecnología sea cada vez más económica, además cada vez hay más procesos de fabricación de diferente calidad, por lo que es posible realizar piezas más baratas sin necesidad de que tengan las prestaciones o acabados que exigen por ejemplo el sector aeronáutico. Se pretende desarrollar materiales que tengan una mayor resistencia a la temperatura, algo muy importante para el sector aeronáutico y para la forja.

En resumen, se espera que la fabricación aditiva en metal siga creciendo, reduciendo con el tiempo su elevado coste inicial y aumentando su productividad y ventajas como materiales más resistentes y complejos.