Aplicaciones innovadoras de la fabricación aditiva: Transformando industrias de alta tecnología
El uso de componentes de software de fabricación aditiva crece en industrias de alta tecnología. Según la firma de investigación de mercados MarketsandMarkets (M&M), la producción de impresoras 3D y salidas de fabricación aditiva crecieron en valor a 3.500 millones de dólares en 2017. Los principales adoptantes fueron las industrias de dispositivos médicos, aeroespacial y automotriz.
No es sorprendente. En fabricación aditiva, el coste de imprimir una forma compleja es el mismo que uno simple, especialmente en pequeñas cantidades.
Dispositivos médicos y cirugía
Además, la fabricación aditiva ha permitido a fabricantes producir diseños muy complejos y altamente delicados, como uniones diseñadas para conectar con huesos humanos. Para producir estas soluciones, las impresoras 3D deben fabricar estructuras de reticulado fractal minúsculas en las que el tejido óseo pueda fusionarse, proporcionando así una conexión fuerte entre implante y hueso. No hay otra forma de producir tales formas.
Del mismo modo, implantes e inserciones dentales implican tanto personalización increíble como diseño muy complejo para lograr ajuste preciso. Hay considerable precisión en el proceso de implante dental. Primero, empieza con una radiografía de tu boca para examinar tus huesos. Segundo, el cirujano debe taladrar un agujero para el implante. Pero el cirujano debe garantizar que el implante (como el tornillo) esté perfectamente alineado con la disposición de tus dientes. Gracias a la impresión 3D, los dentistas ahora pueden asegurar implantes personalizados. Estos implantes y guías de taladrado relacionadas se diseñan a medida en software CAD especializado de impresión 3D y se manufacturan con alto grado de automatización.
Para cirugía cerebral, los médicos construyen un accesorio personalizado tras una tomografía computarizada (TC) del paciente. Como en odontología y ortopedia, esto implica producir un implante que encaje precisamente en el cráneo del paciente y guíe las herramientas del cirujano durante la operación. De nuevo, software 3D especializado automatiza el diseño de estos auxiliares quirúrgicos.
Aeroespacial e infraestructura
La aeroespacial ha sido pionera en adoptar fabricación aditiva. Recientemente, sus esfuerzos resultaron en una pieza impresa en 3D para uso en motores turbofán comerciales.
Al proporcionar beneficios sustanciales en economía de combustible y reducción de emisiones de carbono en aeronaves equipadas con motores LEAP, la pieza impresa en 3D también simplifica la cadena de suministro de producción. La impresión 3D permitió a GE reemplazar 20 piezas distintas con una sola unidad. No solo simplifica el proceso de manufactura, sino que también reduce costes de mantenimiento del ciclo de vida.
El uso de software CAD e ingeniería asistida por computadora (CAE) 3D es pieza esencial en los esfuerzos de diseño y desarrollo de la industria aeroespacial. GE aprovechó CAD/CAE para realizar los estudios de diseño, simulación y análisis necesarios para desarrollar la nueva boquilla y evaluar su viabilidad antes de pasar a prototipado.
Imagina el ahorro de costes para aerolíneas operando docenas de estas aeronaves, especialmente en un período de 20+ años. Estos son los beneficios directos de la fabricación aditiva, así que se ve cómo su crecimiento manejando otros subconjuntos y componentes extenderá ganancias para fabricantes, proveedores y consumidores en multitud de otras áreas.
Además de optimizar para reducción de costes, la impresión 3D ha permitido a industrias emprender manufactura muy compleja. Considera intercambiadores de calor. Estos dispositivos tienen gran número de tubos, aletas y otras entradas para fluido caliente por un lado y frío por el otro. Pero su proceso de ensamblaje requiere soldar aletas de refrigeración e insertarlas en una caja estanca. Es un proceso manufacturero laborioso y lento con considerable margen de fallo.
Pero con impresión 3D, el intercambiador de calor puede manufacturarse en una sola toma consolidada. Podría tomar un período relativamente largo fabricar la unidad única, pero el resultado final es mucho más fiable. Como LEAP, el objetivo es consolidar el número de piezas requeridas para ensamblaje además de aportar mejoras significativas de rendimiento.
El futuro de la fabricación aditiva
En control de proceso, la fabricación aditiva carece de estándares industriales que gobiernen el proceso de manufactura de materias primas a piezas terminadas. La manufactura tradicional —incluyendo sustractiva— se beneficia de estos estándares (p. ej., comportamiento metalúrgico durante mecanizado, estampado o forja). Hay referencias estándar de la industria para que ingenieros consulten.
Sin embargo, la industria aún no ha construido esos estándares para fabricación aditiva. Por ejemplo, empresas aeroespaciales individuales —como GE— están construyendo regímenes de control propietarios para sus esfuerzos de fabricación aditiva, mientras que el proveedor individual de impresión 3D carece de regímenes de control y estándares industriales por completo. Esto se remediaría mejor con organismos de estándares desarrollando certificaciones de cumplimiento comunes disponibles para todos, especialmente fabricantes pequeños.
Finalmente, la predictibilidad del proceso sigue siendo un gran reto para quienes usan impresoras 3D. Optimizar la orientación de la pieza, material de soporte y parámetros de proceso requiere considerable prueba y error. Pero esto también presenta una oportunidad masiva para quienes desarrollan herramientas de software usadas en impresión 3D. La simulación basada en física sería un gran paso adelante. Combinar este elemento de simulación con información de proceso específica de la máquina de fabricantes de impresoras 3D ayudará a fabricantes a reducir sus tasas de error y desperdicio.
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