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.
https://www.renishaw.es/media/video/en/165b0483ee2941fbb79cad4d8e41d7f2.mp4
¿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.
