DLR presenta EmpowerAX, plataforma pionera de impresión 3D de fibra continua a escala industrial

El Centro Aeroespacial Alemán (DLR) lidera la innovación en todo, desde vehículos de lanzamiento espacial y aeronaves, hasta tecnologías digitales y movilidad de próxima generación. En compuestos, ha avanzado una amplia gama de tecnologías desde soldadura de compuestos termoplásticos e infusión de resina líquida de estructuras aeroespaciales primarias hasta sistemas de producción inteligentes Composites 4.0, por nombrar solo algunos.

Ahora, el Instituto de Estructuras Compuestas y Sistemas Adaptativos del DLR (Braunschweig, Alemania) busca ayudar a industrializar la impresión 3D de compuestos de fibra continua estableciendo una plataforma global, diversificada por industria y orientada a la demanda para usuarios y proveedores de tecnología de Extrusión Aditiva llamada EmpowerAX.

El DLR discutió EmpowerAX en ITHEC 2020, y hice seguimiento con Xenia Stumpf y Maik Titze en DLR. Aquí comparto lo que he aprendido.

¿Por qué extrusión aditiva?

«Estamos desarrollando tecnologías de impregnación de fibra con termoplásticos para una producción más industrial y rentable», explica Maik Titze, responsable de fabricación aditiva en el Instituto de Estructuras Compuestas y Sistemas Adaptativos del DLR en Braunschweig. «Esto incluye diseñar nuestras propias boquillas de impresión industriales y desarrollar métodos para análisis y prueba de materiales y procesos». Señala que la extrusión aditiva usando fibras continuas no solo ofrece mayor resistencia y rigidez, sino también la posibilidad de integrar funciones de sensado y eléctricas. La extrusión aditiva combina termoplásticos y fibras continuas para crear estructuras multifuncionales que evitan altos costes de utillaje, mejoran la eficiencia de producción y permiten nuevos diseños.

«La fabricación aditiva no reemplazará todos los procesos compuestos convencionales», concede Titze, «pero puede combinarse con procesos como colocación automatizada de fibra (AFP) o bobinado de filamentos, por ejemplo, para proporcionar soluciones novedosas y valor. Como solo trabajamos con impresión 3D de fibra continua, EmpowerAX está realmente enfocado, lo que nos permitirá lograr un alto nivel de resultados. Pero dentro de la extrusión aditiva, EmpowerAX es neutral tecnológicamente. No impulsaremos ninguna tecnología específica».

Plataforma global diversificada

«Ahora mismo, es difícil entender cuál de estas tecnologías sería adecuada para tu aplicación y qué se necesita hacer para adaptarla a tu entorno industrial y aplicaciones», continúa Titze. «Nuestro objetivo es mirar el espectro de lo disponible, incluyendo proveedores y usuarios, y establecer una plataforma diversificada que abarque sectores de mercado, incluyendo aeroespacial, automoción, médica e industrial, por ejemplo. Esta plataforma, EmpowerAX, da la capacidad de hacer una evaluación tecnológica neutral, y trabajaremos con la industria para desarrollar medidas de estandarización y calificación para ayudar a aumentar la facilidad de uso de tal tecnología. La idea no es desarrollar una nueva norma con proveedores y usuarios de tecnología, sino acordar cómo hacer una evaluación tecnológica y qué indicadores de rendimiento usar».

La membresía de EmpowerAX es voluntaria y global. El inglés es el idioma usado para el trabajo. Hay más de 30 miembros actualmente, compuestos por proveedores de tecnología y grandes usuarios de tecnología. «Estamos financiados internamente para hasta 6 empleados por año», dice Titze. «Apoyarán el trabajo necesario para mantener esta plataforma global. Nuestros miembros han acordado colaborar en la base de que no compartiremos información con el público, solo con miembros de EmpowerAX. La membresía es actualmente gratuita, pero solo aceptamos organizaciones ya involucradas con extrusión aditiva de fibras continuas. Después de mayo de 2021, abriremos la membresía más». El único otro requisito, señala, es que «debes estar dispuesto a compartir información y contribuir. No puedes simplemente tomar. No hay membresía pasiva».

Etapas de cribado tecnológico

La idea, dice Titze, no es solo transferir tecnología a industrias que ya usan compuestos, sino también usar EmpowerAX como habilitador para ampliar el mercado y aplicaciones de compuestos. «Por ejemplo», dice, «en la industria médica, ¿qué requisitos especiales deben cumplirse? ¿Qué se necesita hacer para cumplirlos? ¿Cómo puedes asegurar la calidad que necesitas y cómo se puede lograr para un entorno de producción industrial?».

Para responder estas preguntas, EmpowerAX propone un enfoque por etapas como se muestra en el diagrama. «La primera etapa es cribado tecnológico», dice Titze. «Si tú, como posible usuario, quieres ver si una tecnología funcionará para tu aplicación, miramos cosas como limitaciones geométricas, volúmenes de producción y requisitos de integración de piezas/funciones, etc. Acordamos con todos los miembros una lista preestablecida de unos 15 parámetros, como resistencia y rigidez específicas, y luego pre-identificamos la idoneidad de las diferentes tecnologías, dependiendo de lo que tu aplicación requiera. Por tanto, cooperamos con proveedores de materiales/tecnología para obtener los datos de parámetros estándar y evaluarlos de antemano. Luego trabajamos con fichas técnicas de proveedores de materiales/tecnología para obtener los datos de parámetros estándar. Así, por ejemplo, de 10 soluciones disponibles, durante esta primera etapa, puedes reducir a quizás tres, y luego empezar a evaluar datos para compararlas».

Evaluar requisitos específicos es la siguiente etapa. Por ejemplo, si esta aplicación es en interiores de ferrocarril o aeronaves, se necesitarán parámetros de rendimiento de fuego, humo y toxicidad (FST). «Después de esto», dice Titze, «definiremos si se requieren personalizaciones para hacer que cada tecnología funcione para tu aplicación y determinaremos los esfuerzos requeridos».

El objetivo es dar una cuantificación de cómo las tecnologías finalistas para una aplicación dada miden en términos de factibilidad tecnológica y cuánto trabajo/tiempo/coste tomará transferir la tecnología para uso industrial. «Tras pasar por estas etapas de evaluación, debería ser fácil para ti entender qué pasos se requieren para hacer cada tecnología posible para tu aplicación», explica Titze. «Para proveedores de tecnología, esto lleva a una transferencia tecnológica más rápida a nuevos mercados y reduce su inversión y esfuerzo. También identifica casos de negocio reales que se adaptan bien a su tecnología, donde tienen fortalezas».

Estandarización y calificación

Otra parte clave de la visión de EmpowerAX es ayudar a madurar tecnologías de extrusión aditiva vía estandarización y calificación. «Ya estudiamos qué estándares existen y cuáles podrían funcionar para estas tecnologías, por ejemplo dentro de ASTM, ISO y VDI (estándares gubernamentales alemanes)», dice Titze. «Así que se trata de mirar pruebas estándar, qué funciona, qué no y qué modificaciones se necesitan. Este es un trabajo que la mayoría de empresas preferirían evitar porque es tedioso, consume tiempo y es costoso. Es mucho mejor para la industria si no todos replican estos esfuerzos. Así, nuestro objetivo es ayudar a lograr estándares más rápidos para mayor madurez, pero con un amplio conjunto de entradas de la industria y transparencia hacia la industria».

«Además, si combinas una tecnología de extrusión aditiva particular con otros pasos de proceso, necesitarás integrarla e implementar estándares de aseguramiento de calidad», señala Titze. «Esto incluye ensayos no destructivos (END), sensores y software. Ya hemos empezado compilando un catálogo de posibles defectos y desviaciones de proceso. ¿Cómo puedes evitar y detectar estos? ¿Qué puedes hacer para remediarlos si ocurren? Podemos entonces empezar a ensamblar una base de datos de opciones posibles de END y monitorización de proceso».

Cronograma para EmpowerAX

«Nuestra primera meta es proporcionar un marco para lo que está industrialmente disponible hoy», dice Titze. «No intentamos abrir más el espectro de sistemas todavía, sino mostrar qué hay y cómo estas tecnologías pueden usarse. Creemos que algunas mejoras vendrán solo a través de pruebas y evaluación sistemáticas. También vemos beneficios de poder mostrar lo que es posible con tecnologías actuales. Además, al identificar obstáculos, podemos discutir cómo superarlos, lo que proporciona más mejoras y maduración de las tecnologías».

«Vemos la extrusión aditiva como un camino potencialmente más fácil para empresas nuevas en compuestos versus procesos que involucran autoclaves o infusión de resina», señala Titze. «También la vemos bien ajustada para resultados más industriales. EmpowerAX también se trata de mirar aplicaciones industriales y abordar los obstáculos que han impedido el uso de compuestos de extrusión aditiva hasta la fecha. Por ejemplo, deficiencias actuales incluyen repetibilidad y estabilidad del proceso. La tecnología ha sido empujada al mercado relativamente rápido, así que hay áreas que aún no están en un nivel de madurez para ser usadas ampliamente. Así que eso es lo que hacemos. Apuntamos a mostrar qué se puede hacer y qué se necesita hacer y luego trabajar colaborativamente para completar ese trabajo, avanzando tanto las tecnologías como los usos finales exitosos en la industria».

Más información puede encontrarse en www.empowerax.de.