Application Spotlight: La impresión 3D revoluciona el diseño y producción de rodamientos

[Crédito de imagen: Bowman Additive Production]

Esta semana, continuamos nuestra serie Application Spotlight analizando los rodamientos, componentes críticos usados para reducir la fricción entre piezas metálicas en movimiento.

En este artículo, profundizaremos en los beneficios que la impresión 3D proporciona para el diseño y producción de rodamientos, y exploraremos cómo los fabricantes de rodamientos usan estos beneficios para producir componentes de rodamientos radicalmente nuevos.

Eche un vistazo a las otras aplicaciones cubiertas en esta serie:

Impresión 3D para intercambiadores de calor

Impresión 3D para fabricación de bicicletas

Impresión 3D para odontología digital y fabricación de alineadores transparentes

Impresión 3D para implantes médicos

Cohetes impresos en 3D y el futuro de la fabricación de naves espaciales

Impresión 3D para fabricación de calzado

Impresión 3D para componentes electrónicos

Impresión 3D en la industria ferroviaria

Gafas impresas en 3D

Impresión 3D para producción de piezas finales

Impresión 3D para soportes

Impresión 3D para piezas de turbinas

Cómo la impresión 3D permite componentes hidráulicos de mejor rendimiento

Cómo la impresión 3D apoya la innovación en la industria de la energía nuclear

¿Qué es un rodamiento?

Los rodamientos juegan un papel crucial en aplicaciones de movimiento.

Los dispositivos redondos, tipo rueda, están diseñados para soportar cargas y reducir drásticamente la fricción entre dos piezas en movimiento. Al colocar un rodamiento entre componentes que se mueven entre sí, las piezas ruedan sobre el rodamiento en lugar de deslizarse, manteniendo la fricción al mínimo.

Los rodamientos de bolas están entre los tipos más comunes. Típicamente constan de tres elementos esenciales: una pista interior lisa, una pista exterior lisa, elementos rodantes como bolas o cilindros, y una jaula que mantiene los rodillos espaciados. Los elementos rodantes soportan la carga, permitiendo que el rodamiento gire libremente.

Los rodamientos son ubicuos en todas las industrias —desde motores de automoción y sistemas de dirección hasta turbinas de aviones, líneas de montaje y equipos médicos. Los fabricantes buscan continuamente formas de ofrecer soluciones a medida y mejorar el rendimiento, y la fabricación aditiva se ha convertido en un habilitador clave.

Los beneficios de la impresión 3D para rodamientos

Mayor complejidad de diseño

La impresión 3D desbloquea la capacidad de incrustar geometría intrincada en componentes de rodamientos, traduciéndose directamente en un rendimiento superior. Bowman International, un fabricante de rodamientos con sede en Reino Unido, aprovechó esta ventaja para rediseñar una jaula que admite un 45 % más de rodillos, extendiendo así la vida útil del rodamiento. La flexibilidad de la fabricación aditiva también permite producir jaulas con polímeros flexibles, permitiendo un ajuste perfecto alrededor de ejes.

Peso más ligero

Al emplear arquitecturas de celosía o panal, la impresión 3D permite a los diseñadores reducir peso sin sacrificar resistencia —una tarea que sería laboriosa con mecanizado CNC. Las jaulas pueden imprimirse en nailon o materiales compuestos en lugar de acero, reduciendo masa y disminuyendo simultáneamente el desgaste en los elementos rodantes.

Eliminación de costes de utillaje

La producción tradicional de rodamientos puede incurrir en costes de utillaje de £40,000–£60,000 por juego, haciendo que tiradas pequeñas a medianas sean prohibitivamente caras. La fabricación aditiva elimina el utillaje por completo, permitiendo a los fabricantes producir jaulas a medida bajo demanda y competir en precio para lotes limitados.

Ejemplos de rodamientos impresos en 3D

Rollertrain™ de Bowman: Jaula de rodamiento para rodamientos de rodillos divididos

Bowman Additive Production, el brazo de fabricación aditiva de Bowman International —un fabricante líder de rodamientos y componentes sinterizados— ha estado refinando diseños de jaulas mediante impresión 3D durante años.

El resultado es Rollertrain™: una jaula de rodamiento dividido patentada que incorpora una celosía entrelazada, permitiendo hasta un 45 % más de rodillos que las jaulas convencionales. El diseño distribuye las cargas a través de un mayor número de elementos rodantes, aumentando la capacidad de carga en un 30-40 % y triplicando la vida útil de la jaula.

Aunque el coste de producción de las jaulas Rollertrain™ es comparable al de jaulas de acero tradicionales, el rendimiento mejorado y la longevidad las convierten en una opción superior. La jaula se emplea ahora en el JHB Split Bearing de John Handley Bearings, que alcanza ganancias de capacidad radial de hasta 70 % y mejoras de capacidad axial de 1,000 % —las cifras más altas registradas para rodamientos divididos en todo el mundo.

Aunque la impresión 3D no sustituirá a los métodos convencionales para todo tipo de rodamientos, ya se ha convertido en la ruta de fabricación preferida para rodamientos divididos.

Jaulas de rodamiento más ligeras para un catamarán de lujo

La firma de ingeniería Scheurer Swiss combinó fabricación aditiva con compuestos de fibra de carbono para crear jaulas de rodamiento más ligeras y eficientes para el Moonwave, un catamarán de lujo de propiedad privada. Los rodamientos de bolas de dirección requerían jaulas que fueran ligeras y robustas.

Usando poliamida-12 (PA12) reforzada con fibra de carbono, Scheurer imprimió las jaulas en piezas y las unió. Cada jaula alcanzaba hasta 630 mm de diámetro. Lo que habría tomado semanas con moldeo se completó en solo tres días, entregando un sistema de dirección más suave y sensible.

Rodamientos ligeros impresos en 3D metálico para aeroespacial

El especialista alemán Franke GmbH abordó el reto de producir un rodamiento de carrera de alambre para una camilla de helicóptero de rescate, con un límite estricto de peso de 800 g y la necesidad de soportar turbulencias severas. La fabricación convencional no podía lograrlo.

Aplicando optimización topológica y una estructura de celosía compleja, Franke generó un diseño que solo podía realizarse mediante impresión 3D metálica. El rodamiento final de aluminio cumplió los criterios de peso y rendimiento y se instaló con éxito en aeronaves listas para vuelo, subrayando el papel de la fabricación aditiva en la reducción de peso para aeroespacial.

Una mirada al futuro

La impresión 3D otorga a los fabricantes de rodamientos la libertad de prototipar y producir componentes de alto rendimiento sin la carga financiera del utillaje. La tecnología también amplía las opciones de materiales —desde polímeros flexibles hasta metales de alta resistencia— permitiendo características imposibles con procesos tradicionales.

A medida que la industria adopta la fabricación aditiva, está preparada para convertirse en el estándar para producir tiradas pequeñas a medianas de rodamientos, entregando beneficios tangibles en coste, rendimiento y sostenibilidad.

En nuestro próximo artículo, exploraremos la impresión 3D para bicicletas. ¡Manténganse atentos!