La Fabricación Aditiva o Additive Manufacturing (AM), como se conoce internacionalmente, consiste básicamente en manipular material a escala micrométrica y depositarlo de forma muy precisa para construir un sólido. Aunque novedosas, son muy diversas las tecnologías que permiten fabricar piezas por este principio, lo que supone una nueva revolución industrial. La posibilidad de prescindir de utillajes, de reproducir cualquier geometría que el ser humano pueda imaginar (y dibujar), la inmediatez en la respuesta a la demanda cambiante del consumidor, y otra serie de ventajas que se explican más adelante, hacen del AM una auténtica pieza angular del futuro industrial en los países más desarrollados del planeta.
En las tres últimas décadas se está asistiendo a una transición hacia lo digital en distintos ámbitos de la vida, tanto personal como profesional. Las fábricas no son ajenas a este fenómeno: los sistemas de Diseño Asistido por ordenador (CAD), que afectan a la concepción del producto en las oficinas técnicas; el software de Fabricación Asistida por ordenador (CAM) o para la asistencia a la ingeniería (CAE); el empleo de autómatas y robots en planta, la inspección por visión artificial, el control del avance de la producción en tiempo real (MES), o incluso la modelización y recreación virtual de procesos y fábricas enteras con software de simulación (CAPE).
En el último cuarto del siglo XX surgen las tecnologías AM, que aprovechan todo este conocimiento desarrollado en la era digital, y que pueden superar las limitaciones de los procesos de construcción de piezas empleados hasta el momento, ya que se pasa a fabricar por deposición controlada de material, capa a capa, aportando exclusivamente allí donde es necesario, hasta conseguir la geometría final, en lugar de arrancar material (mecanizado, troquelado), o conformar con ayuda de herramientas y moldes (fundición, inyección, plegado).
Así, pueden clasificarse los procesos de fabricación de piezas de la siguiente forma:
- Tecnologías conformativas: Utilizan preformas para obtener la geometría requerida (inyección plástico y metales, colada la vacío, etc.).
- Tecnologías sustractivas: Obtienen la geometría requerida sustrayendo material de una geometría mayor (mecanizado, electroerosión, corte por agua y corte por láser).
- Tecnologías aditivas (AM): Obtienen la geometría añadiendo material a partir de geometría virtual, sin uso de preformas (conformativas) y sin sustraer material sustractivas).
Son muy diversas las técnicas de aplicación de AM que permiten obtener piezas directamente de un archivo CAD 3D, «imprimiéndolas» de forma totalmente controlada sobre una superficie. Por ello también se han empleado otros términos para referirse a ellas como e-manufacturing (fabricación electrónica), Direct Manufacturing (fabricación directa) o Additive Layer Manufacturing-ALM (fabricación aditiva por capas).
Ventajas y desventajas de la tecnología AM Las principales características que distinguen el proceso de fabricación de sólidos por adición de capas de material (AM) de cualquier otro proceso de fabricación industrial, le confieren enormes ventajas competitivas, pueden resumirse en dos:
1. La complejidad geométrica que se debe conseguir no encarece el proceso: características como la esbeltez, un vaciado interior, canales internos, los espesores variables, las formas irregulares e incluso la reproducción de la naturaleza (persiguiendo ergonomía, aerodinámica, hidrodinámica, entre otros) son retos que los métodos convencionales (sustractivos y conformativos) de fabricación de piezas no han resuelto más que con aproximaciones, ensamblajes o por medio de procesos de muy alto coste, y que para el AM son, en muchas ocasiones, propiedades muy poco relevantes a la hora de fabricar una pieza.
La complejidad geométrica tiene una aplicación especialmente destacable en la reducción del peso de un objeto , por medio de estructuras internas huecas o jugando con la densidad de los materiales, por ejemplo. Las técnicas de AM pueden llegar incluso a materializar gradientes de porosidad en un mismo material, aligerando solo aquellas partes del producto que el diseñador estima que estarán menos solicitadas
Objetos multimaterial : en algunas tecnologías de AM, como es el caso de PolyJet de Stratasys, además de jugar con la porosidad de un mismo material, el AM puede fabricar aportando simultáneamente varios materiales en un mismo sólido.
Productos ergonómicos : otra gran ventaja de la absoluta libertad geométrica que confiere el AM a sus productos es la adaptación de las formas a la biomecánica humana, de manera que los diseños alcancen una mejor interacción con el usuario sin necesariamente afectar los costos de fabricación.
Mecanismos integrados en una misma pieza : al poder integrar distintas geometrías y materiales en un mismo sólido, el AM puede conseguir incluso que simultáneamente se fabrique un eje y su cojinete, un rodamiento, un muelle y su soporte, un tornillo sinfín y su corona; en definitiva, un mecanismo totalmente embebido en la pieza en la que debe trabajar, sin necesidad de armados y ajustes posteriores.
2. La personalización no encarece el proceso: AM permite fabricar productos, sin imponer un alto el costo, independiente de si se tiene que fabricar un determinado número de piezas iguales o todas distintas, lo que facilita la personalización, que es una de las principales tendencias actuales en el desarrollo de productos con valor añadido; la personalización en masa es uno de los paradigmas que persigue la industria en países desarrollados y que se considera clave para su sostenibilidad.
Sin embargo este novedoso proceso de fabricación presenta tres importantes desventajas: el costo de la maquinaria , los precios van desde 10.000 euros de una pequeña impresora 3D hasta máquinas de más de un millón de euros, en función de la aplicación final del producto, del tipo de tecnologías AM que hay que emplear y de la calidad que se requiera para cada caso; y el desconocimiento de la dinámica del proceso, especialmente para piezas metálicas: son escasos los trabajos de investigación que han analizado los diversos aspectos de la mecánica del proceso aditivo y su evolución con el tiempo. Finalmente, la posibilidad futura que se abre de poder llegar a fabricar los productos de manera individual por parte del público en general, por ejemplo mediante descargas por Internet de diseños, hace que se deban considerar asuntos relacionados con la propiedad intelectual de dichos diseños.
¿Una nueva revolución industrial? El empleo de tecnologías de AM hace replantearse el propio concepto de fábrica que conocemos actualmente. El escenario AM contempla la posibilidad de que sean los usuarios finales quienes diseñen o configuren el producto a partir de un soporte web, y envíen el modelo digital a una «fábrica» que puede estar deslocalizada, o incluso a una impresora 3D local en su propio domicilio.
La posibilidad de fabricar productos personalizados es algo cada vez más demandado en la actualidad, y basta pensar en fenómenos como el tunning de vehículos, que se podría facilitar de forma espectacular con estas tecnologías. Se podría incluso imaginar la posibilidad de una fábrica de automoción que únicamente produjera plataformas genéricas de vehículos, para facilitar la personalización absoluta en un entorno local, y en el que usuario final y el concesionario trabajasen mano a mano.
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