Manufactura aditiva: De sus orígenes a las innovaciones del mañana

Con la posible excepción del fuego, ninguna tecnología está realmente lista para contribuir a la manufactura de forma significativa hasta que se le da tiempo para crecer y expandirse. Las computadoras son un buen ejemplo. Nuestro nivel actual de sofisticación tecnológica no sería posible sin ellas, y los adolescentes rutinariamente se toman selfies con dispositivos portátiles que tienen más poder de cómputo que el usado para llegar a la luna. No debería ser una sorpresa real, entonces, que la impresión 3D (también conocida como manufactura aditiva o simplemente AM) aún no haya cumplido su promesa.

Continuando con la analogía de la computadora, la primera máquina que siquiera pretendía ser una computadora se construyó a mediados del siglo XIX por Charles Babbage. La intención detrás de la «Máquina Diferencial» de Babbage era producir tablas matemáticas más rápida y confiablemente. No fue hasta casi cien años después que algo que se acercara a las computadoras modernas entró en el lugar de trabajo, y la PC doméstica no apareció hasta 1977. Por el contrario, la impresión 3D solo existe desde 1986, cuando Chuck Hull de 3D Systems tuvo la idea mientras desarrollaba un proceso que usaba luz UV para endurecer recubrimientos de mesa.

La manufactura aditiva estalla en la industria

La tecnología ha seguido creciendo y desarrollándose en los últimos 30 años, pero la verdadera explosión de interés llegó en 2012 con la introducción de impresoras 3D domésticas. Antes de los sistemas domésticos, la impresión 3D se había limitado principalmente a trasteros y laboratorios donde se usaba para prototipado rápido. Empresas como MakerBot supieron captar el espíritu de la incipiente movimiento *maker*, promocionando las impresoras 3D domésticas como la herramienta de taller definitiva. Si bien la promesa de una democratización de la tecnología resultaba atractiva para muchos usuarios, la mayoría de impresoras 3D domésticas disponibles son análogas a la informática de tarjetas perforadas: lentas y tediosas.

Aunque el interés del consumidor en los sistemas 3D domésticos ha subido y bajado, las aplicaciones industriales han seguido avanzando. Uno de los primeros entusiastas en adoptar la tecnología AM es GE. A diferencia de los aficionados, que pueden haberse involucrado con esta emocionante tecnología sin una idea real de los desafíos, GE comprendió rápidamente que necesitaba expertos en impresión 3D si quería algún tipo de ROI oportuno.

Esta comprensión llevó a GE a adquirir una empresa de impresión 3D llamada Morris Technologies en 2012. Más específicamente, la adquisición sumó experiencia en AM a GE Aviation, donde ese conocimiento se puso rápidamente a trabajar en idear un método de impresión 3D de boquillas de combustible para usar en su motor a reacción LEAP. Tras algunas pruebas de concepto, GE se decantó por un proceso AM llamado sinterizado láser para producir las boquillas y descubrió rápidamente dos de los principios básicos de la impresión 3D.

Flexibilidad y ahorro

El primer principio es que la impresión 3D es posiblemente el proceso de manufactura más flexible jamás inventado. En lugar de diseñar una pieza basada al menos parcialmente en lo fácil que sería producirla, las piezas impresas en 3D nacen en un entorno digital donde la preocupación principal es la funcionalidad. Es posible, incluso rutinario, construir piezas con geometrías internas extremadamente complejas que serían imposibles (o excepcionalmente costosas) de producir con métodos de manufactura tradicionales. La boquilla de GE presenta voladizos y una arquitectura interna que se fabrica en una sola construcción, en lugar de requerir múltiples piezas que luego deben ensamblarse.

El segundo principio es que la impresión 3D ahorra dinero. En el caso de la boquilla de GE, el ahorro es doble. Como la pieza se fabrica en una sola construcción, producirla con AM ahorra tiempo. Aunque el proceso AM en sí pueda considerarse lento, es posible producir una pieza compleja en menos de 24 horas, lo cual es extremadamente rápido comparado con el método antiguo de fabricar una serie de piezas pequeñas que requieren ensamblaje. El ahorro de tiempo comienza al eliminar la necesidad de ensamblaje, se ahorra más tiempo reduciendo la necesidad de mecanizado extensivo, y aún más al simplificar o eliminar por completo la cadena de suministro.

Además, las boquillas fabricadas mediante impresión 3D ofrecen ahorros sustanciales de material. Con métodos de producción sustractivos tradicionales, los fabricantes pueden esperar perder hasta el 90% del material necesario para construir una pieza. Esta pérdida es particularmente problemática en industrias como la aeronáutica, que usa regularmente titanio y materiales igualmente costosos. La impresión 3D, sin embargo, reduce el desperdicio de material esperado a menos del 10%.

El futuro

En una época donde la incertidumbre de los inversores ha proyectado una visión desfavorable de la impresión 3D en la mente del público general, GE ha redoblado la apuesta. Tras su incursión inicial en AM en 2012, GE ha invertido millones más en investigación y desarrollo de impresión 3D, incluyendo la construcción de una planta de AM de alto volumen de 300,000 pies cuadrados en Auburn y un Centro para el Avance de la Tecnología Aditiva a las afueras de Pittsburgh. Cada año los sistemas son más rápidos, más grandes o ofrecen mejor resolución. A medida que la tecnología de impresión 3D sigue avanzando, GE ya se ha posicionado para aprovechar cada mejora. Solo es cuestión de tiempo hasta que otras empresas sigan su ejemplo.

Otros recursos informativos:

Impresión 3D y pequeños negocios

Ejemplos para empresas

Empresas que usan manufactura aditiva

Ejemplos de la industria

Agradecimiento especial a:
John Newman, escritor independiente en la industria manufacturera.