Fabricación aditiva: Impulsando innovación y eficiencia de costes en aeroespacial

La manufactura es un reto en la industria aeroespacial. No solo las piezas aeroespaciales son extraordinariamente complejas, sino que además deben ser estructuralmente sólidas y cumplir los estándares de aseguramiento de calidad más exigentes de casi cualquier industria.

Para reducir costes y superar los desafíos de la manufactura tradicional, muchas empresas aeroespaciales están virando de los procesos convencionales a la fabricación aditiva para producir las piezas complejas que necesitan de forma eficiente.

Sin duda, la fabricación aditiva está transformando la industria aeroespacial. Se espera que el mercado aeroespacial de fabricación aditiva crezca a una tasa compuesta anual (CAGR) del 22,17 % y alcance los 6.750 millones de dólares para 2026.

Manufactura convencional vs. fabricación aditiva en la industria aeroespacial

La fabricación aditiva es un proceso en el que el material se añade a la estructura de un objeto tridimensional capa a capa, basándose en datos CAD de impresión (un modelo digital 3D). También se conoce comúnmente como impresión 3D.

Esto difiere de los procesos de manufactura tradicional, también llamados manufactura sustractiva. En la manufactura convencional, el material se coloca en un molde para endurecer. Cuando el material se seca o enfría, se saca del molde y se elimina el exceso para formar el producto final —de ahí el término sustractiva.

En el proceso de manufactura convencional ocurren los siguientes pasos:

• Diseño para manufactura (DFM) para asegurar que la pieza pueda fabricarse
• Análisis vibracional
• Iterar
• Fabricar
• Probar
• Iterar

Con la fabricación aditiva, hay menos pasos de manufactura y el proceso es:

• Diseño
• Preprocesamiento para asegurar que el diseño sea imprimible
• Iterar
• Fabricar

La impresión 3D en aeroespacial basada en modelos CATIA está revolucionando la industria de manufactura aeroespacial al cambiar la forma en que se fabrican las piezas.

Aquí tienes seis formas en que se usa la fabricación aditiva en aplicaciones aeroespaciales.

1. Construir piezas con geometrías complejas

Desde piezas de helicóptero hasta motores de turbina, los componentes aeroespaciales requieren estructuras geométricas altamente complejas en espacios a veces muy reducidos.

En lugar de crear piezas pequeñas e intrincadas por separado y combinarlas después en el conjunto, un ingeniero de diseño puede crear modelos 3D de toda la estructura usando datos CAD de impresión —componentes interiores incluidos. Luego, la impresora 3D puede crear una pieza sin costuras que incluya todas las dimensiones internas intrincadas y geometrías complejas, sin necesidad de ensamblaje. Este método puede usarse incluso para la fabricación aditiva de motores a reacción para aviones.

Con la fabricación aditiva, es posible crear piezas intrincadas con menos tiempo de entrega y energía a partir de una amplia variedad de materiales, incluyendo metal y fibra de carbono.

2. Prototipado más eficiente

Sin necesidad de diseñar moldes y externalizar la producción, los ingenieros aeroespaciales pueden diseñar e imprimir prototipos en una fracción del tiempo que tomaría con métodos de manufactura tradicional. Con la capacidad de crear y probar prototipos más rápido, las empresas aeroespaciales pueden acelerar su tiempo de comercialización y mantenerse por delante de la competencia.

En aeroespacial, es muy importante que una pieza se produzca según especificaciones. Con la manufactura convencional, el proceso de especificación ya está establecido. Sin embargo, con la fabricación aditiva no se ha establecido aún, por lo que asegurar que una pieza fabricada cumpla especificaciones no es tan directo.

Algunos retos actuales de la fabricación aditiva en aeroespacial incluyen:

• Cumplir estándares de manufactura creando piezas consistentes —cada pieza debe ser idéntica a la anterior.
• Imprimir a mayor escala, ya que la impresión 3D es una tecnología más nueva.
• Para proveedores aeroespaciales, superar pruebas y cumplir normas de cumplimiento —pues esos procesos no están establecidos para piezas fabricadas aditivamente.

3. Producción rentable

La fabricación aditiva no solo reduce el tiempo para crear prototipos, sino también el coste.

Con la manufactura convencional, el desperdicio de material puede llegar al 98 % en muchas aplicaciones aeroespaciales. Terminas con muchas virutas de metal tras la sustracción, y crear el molde adecuado puede ser un proceso largo.

Como el material se añade y no se sustrae en la fabricación aditiva, esta puede reducir drásticamente el desperdicio, ayudando a los fabricantes a ahorrar en costes de producción. Existen costes iniciales asociados al establecimiento de procesos de fabricación aditiva. Sin embargo, el ahorro a largo plazo supera estos gastos preliminares.

4. Aumentar la resistencia interna de las piezas

Cada vez que se combinan piezas pequeñas para formar un objeto mayor, se reduce la integridad estructural del conjunto. Con la fabricación aditiva, los ingenieros de diseño pueden crear piezas completas, incluyendo centros huecos y componentes internos, sin uniones débiles y vulnerables.

Además, la fabricación aditiva en la industria aeroespacial puede aprovechar muy bien los materiales compuestos. Es un área donde la fabricación aditiva tiene una ventaja clara sobre la convencional.

Con la fabricación aditiva, al depositar tus capas o láminas en la dirección en que vendrá la fuerza, permite que tu pieza final sea excepcionalmente resistente en esa dirección.

5. Crear componentes ligeros

El combustible es uno de los costes más altos en la industria aeroespacial. La mejor forma de reducir el consumo es crear piezas más ligeras. Por desgracia, con la manufactura convencional es casi imposible crear piezas más ligeras sin sacrificar integridad estructural.

Al fabricar piezas de avión sin necesidad de componentes de unión como tornillos y remaches, los procesos de fabricación aditiva pueden reducir el peso del fuselaje en un 25 %, al tiempo que aumentan la integridad estructural. No solo reduce el consumo de combustible, sino que también aumenta la resistencia global de la aeronave.

6. Disminuir necesidades de almacenamiento

La industria aeroespacial tiene una de las cadenas de suministro notoriamente más largas de cualquier industria. Para tener piezas disponibles, muchas empresas aeroespaciales almacenan grandes cantidades de componentes en almacenes —otro coste y preocupación logística.

Como el proceso de fabricación aditiva es rápido y eficiente, los fabricantes aeroespaciales pueden producir componentes —incluidas piezas personalizadas— internamente en una fracción del tiempo y coste que si tuvieran que pedirlos a través de la cadena de suministro estándar. Esto reduce la necesidad de tener piezas en stock o mantener amplias instalaciones de almacenamiento.

El futuro de la fabricación aditiva en aeroespacial

Con la capacidad de crear piezas personalizadas, ligeras y estructuralmente sólidas de forma rápida y eficiente, no sorprende que muchas empresas estén virando a la fabricación aditiva para aplicaciones aeroespaciales.

De cara al futuro de la fabricación aditiva en aeroespacial, los modelos CAD juegan un papel central. Considerando los ejemplos e investigaciones disponibles, es evidente que los modelos CAD están en uso y son valiosos para las empresas aeroespaciales.

A medida que más empresas aeroespaciales pasen de manufactura convencional a aditiva, habrá un foco mayor a largo plazo en tener la capacidad de imprimir modelos CAD.

Con más de 35 años de experiencia en modelado 3D en diversos sectores, incluida la fabricación aditiva en la industria espacial, Spatial ha creado datos CAD de preprocesamiento superiores y tiene las herramientas para construir software de preprocesamiento que imprima modelos CATIA aeroespaciales de impresión 3D precisos y geométricamente exactos.

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