Revolucionando la Aeroespacial: Cómo la Fabricación Aditiva Mejora el Rendimiento y la Eficiencia

Desde los primeros días de la fabricación aditiva, los proveedores de hardware y materiales de impresión 3D han identificado a la industria aeroespacial como un objetivo clave para sus productos. Las aeronaves, como sistemas altamente complejos con una gran variedad de componentes, se benefician enormemente de los avances punteros en herramientas y materiales de producción, especialmente aquellos que pueden reducir el peso o aumentar la resistencia de las piezas. Algunos procesos de impresión 3D logran ambas cosas.

Sin embargo, esto no significa que el sector aeroespacial haya adoptado la fabricación aditiva más rápido que otras industrias. De hecho, dado que las aeronaves y sus innumerables componentes deben someterse —por razones obvias— a los procedimientos de certificación y prueba más rigurosos, puede llevar años o incluso décadas que un componente aeroespacial impreso en 3D pase del concepto a la implementación. La tecnología existe, pero el conocimiento que proviene de años de pruebas y observación no. Por tanto, es mucho más fácil implementar la fabricación aditiva en industrias de bajo riesgo donde hay menos vidas en juego.

Pero aunque la implementación de productos aeroespaciales impresos en 3D puede ser lenta, las piezas que han superado los controles ya están teniendo un impacto importante en la industria. Desde elementos simples como paredes interiores de cabina impresas en 3D, hasta componentes absolutamente críticos como piezas de motor metálicas fabricadas aditivamente, la fabricación aditiva (AM) está comenzando indudablemente a despegar en una de las industrias más lucrativas y dinámicas del mundo.

Este artículo describe solo algunas de las formas en que la AM se está utilizando, y se utilizará, en la industria aeroespacial.

Aligeración y Optimización de la Resistencia

La fabricación aditiva y la sustractiva difieren en muchos aspectos, y la elección entre impresión 3D y alternativas tradicionales a menudo presenta un dilema. Sin embargo, una de las diferencias clave entre ambos enfoques es su respectiva capacidad para dar forma a la geometría interior de una pieza.

La impresión 3D es increíblemente útil en industrias como la aeroespacial porque permite a los ingenieros fabricar componentes con interiores parcialmente huecos que utilizan patrones geométricos complejos para maximizar su resistencia interna sin añadir peso. Dado que las impresoras 3D construyen las piezas «desde abajo hacia arriba», pueden crear estructuras de celosía en el interior de componentes como piezas de motor metálicas o particiones de cabina de plástico. Sería imposible lograr esto con procesos tradicionales como el moldeo (porque el material líquido llena toda la cavidad) o el mecanizado (porque la herramienta de corte no puede alcanzar el interior sin penetrar el exterior).

Es difícil exagerar la importancia de estas estructuras de celosía. Al construir una aeronave, cada gramo de peso es un obstáculo para la máxima eficiencia, pero la impresión 3D permite reducir significativamente la masa de un componente construyéndolo con un interior parcialmente hueco y estructurado en celosía. Los hilos entrelazados de la celosía pueden organizarse de manera matemáticamente optimizada para maximizar la resistencia y reducir el estrés, asegurando que la pieza ligera sea tan fuerte como —o incluso más fuerte que— una alternativa totalmente sólida. Lo más importante es que el espacio entre esos hilos no pesa nada, lo que reduce la masa total de la pieza.

Existen muchos ejemplos de empresas aeroespaciales que utilizan la impresión 3D para crear piezas ligeras. En 2011, investigadores de HRL Laboratories, propiedad de Boeing, anunciaron el desarrollo de un metal que creían ser el «material más ligero del mundo», con una densidad de solo 0,9 mg/cc, lo que lo hacía unas 100 veces más ligero que el poliestireno expandido. «El truco consiste en fabricar una celosía de tubos huecos interconectados con un grosor de pared de 100 nanómetros, 1.000 veces más fino que un cabello humano», explicó Tobias Schaedler, uno de los investigadores.

A medida que los investigadores continúan explorando las posibilidades de las estructuras de celosía ligeras impresas en 3D, las empresas aeroespaciales se involucrarán cada vez más con la fabricación aditiva para la aligeración y la optimización de la resistencia.

Prototipos y Repuestos

Una de las mayores ventajas de la fabricación aditiva —en cualquier industria— es su capacidad para fabricar piezas bajo demanda y en casa. Las impresoras 3D pueden instalarse en cualquier lugar y operar de forma prácticamente autónoma, lo que significa que los plazos de entrega para piezas impresas en 3D son muy cortos. Gracias a esto, las empresas aeroespaciales pueden fabricar rápidamente nuevas iteraciones de una pieza para pruebas inmediatas, acortando el proceso de I+D y permitiendo que las piezas se completen antes.

El prototipado más rápido es, por tanto, uno de los principales usos de la fabricación aditiva en el sector aeroespacial, y los resultados lo demuestran: según el gigante de la fabricación aditiva Stratasys, el uso de impresión 3D interna para prototipos aeroespaciales puede resultar en ahorros de tiempo de alrededor del 43 % en comparación con el moldeo por inyección y el mecanizado CNC, y de alrededor del 75 % en comparación con el corte por láser 2D.

Otra área en la que el sector aeroespacial puede beneficiarse de la fabricación aditiva es el mantenimiento de inventario. Un avión comercial promedio está compuesto por unos 4 millones de componentes, no todos fabricados por los mismos fabricantes. Esto obliga a los proveedores a mantener un enorme inventario de repuestos por si un avión necesita reparaciones. Comprar esos repuestos conlleva un coste importante, al igual que adquirir el espacio inmobiliario para almacenarlos todos.

Las impresoras 3D pueden ofrecer una solución increíblemente útil en este ámbito. Al mantener una impresora 3D in situ, las empresas aeroespaciales pueden —en lugar de llenar enormes almacenes con millones de repuestos costosos— simplemente mantener una biblioteca digital de repuestos en un formato imprimible como STL. De este modo, las empresas pueden imprimir en 3D las piezas solo cuando se necesiten. Esta táctica de usar bibliotecas digitales de repuestos se está adoptando gradualmente en muchas industrias y llevará décadas implementarse a gran escala, pero la aeroespacial podría ser una de las mayores beneficiarias.

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