La pandemia está acelerando el cambio a la impresión 3D

En el lapso de semanas, la pandemia de COVID-19 ha cambiado la vida en todo el mundo y su impacto se vuelve más severo con cada día que pasa. La rapidez y la omnipresencia de la disrupción no tienen paralelo en la historia moderna, ya que economías enteras se detienen en un esfuerzo por contener la propagación del virus. Las sociedades se han visto obligadas a adaptarse rápidamente a la disrupción, en muchos casos recurriendo a tecnologías que durante mucho tiempo han sido aclamadas por su potencial disruptivo.

En la cadena de suministro, la fabricación aditiva, también conocida como impresión 3D, finalmente está teniendo su momento.

En todas las industrias, las cadenas de suministro se han visto muy afectadas por el cierre de fábricas o la limitación de la producción. Sin embargo, ninguno ha sufrido más esfuerzos que la cadena de suministro médico, a medida que aumenta la demanda de equipos de protección como máscaras y guantes, así como de equipos críticos para salvar vidas, como ventiladores. Es probable que los hospitales pronto se vean abrumados, con la capacidad y los suministros llevados al límite. Frente a este desafío sin precedentes, la fabricación aditiva ha intervenido para llenar el vacío.

Cuando los proveedores no pudieron satisfacer la creciente demanda de válvulas de ventilación que salvan vidas, un hospital en Brescia, una de las regiones más afectadas en el norte de Italia, recurrió a la fabricación aditiva. Trabajando en estrecha colaboración con las empresas locales Issinova, Lonati SpA y The FabLab, el hospital pudo realizar ingeniería inversa en el diseño de la válvula del ventilador. En seis horas, imprimió nuevas válvulas en 3D en el sitio y salvó vidas.

En las semanas posteriores, las impresoras 3D de todo el mundo han estado trabajando para mantener abastecidos a los hospitales. Proveedores como Formlabs y MatterHackers han establecido centros en línea para conectar hospitales con clientes que deseen compartir sus impresoras 3-D. Empresas desde SmileDirectClub hasta Volkswagen han ofrecido voluntariamente sus capacidades de fabricación aditiva para suministrar equipos de protección críticos y piezas de ventiladores. Mientras tanto, una creciente comunidad en línea de creadores comparte diseños e ideas CAD para responder a la pandemia.

Una de estas iniciativas que apoyo personalmente es MasksOn, cuyo objetivo es proporcionar 50.000 mascarillas faciales reutilizables y desinfectables para médicos en entornos de alto riesgo. La iniciativa está convirtiendo las máscaras de snorkel de cara completa en protectores faciales reutilizables, utilizando la impresión 3-D para producir en masa adaptadores de filtro de respiración de grado médico. (Puede encontrar una lista completa de los recursos y proyectos comunitarios de impresión 3D dedicados a la pandemia de COVID-19 aquí).

La respuesta de la comunidad de fabricación aditiva en esta crisis ha sido inspiradora. Sin embargo, lo que ha revelado la pandemia es la vulnerabilidad subyacente de las cadenas de suministro globalizadas. Las organizaciones se han visto obligadas a reconsiderar su dependencia de proveedores distantes o extranjeros.

Aunque la impresión 3-D aún no está disponible a una escala que respalde la fabricación localizada para todo, los primeros resultados de la respuesta a la pandemia apuntan a un futuro prometedor. ¿Podría la pandemia ser un catalizador para un cambio generalizado hacia la fabricación aditiva en la cadena de suministro?

Esto es lo que depara el futuro:

A pedido, in situ y justo a tiempo

Las interrupciones de la cadena de suministro no se limitan a las pandemias. Los desastres naturales, las políticas comerciales y las huelgas laborales pueden interrumpir el flujo de suministros y retrasar las operaciones críticas. La fabricación aditiva puede llenar el vacío imprimiendo piezas bajo demanda y, como muestra el hospital de Brescia, in situ. A su vez, las interrupciones operativas se pueden acortar o eliminar eludiendo la producción y el envío en el extranjero.

Considere la rotura de un oleoducto en una plataforma petrolera de aguas profundas. Esperar una pieza de repuesto podría llevar días, lo que dejaría inactivas las operaciones de la plataforma y suspendería los ingresos. Con una impresora 3-D, los ingenieros de la plataforma pueden diseñar e imprimir rápidamente una abrazadera de parche y volver al bombeo mientras esperan que el proveedor envíe un reemplazo a largo plazo.

En Brescia, los fabricantes que hicieron ingeniería inversa a las válvulas de los ventiladores para la fabricación aditiva se enfrentan ahora a una posible demanda del proveedor original de válvulas de ventiladores del hospital por infracción de patente. Para mitigar las disputas de propiedad intelectual en el futuro, los fabricantes podrían otorgar licencias de sus diseños a sus clientes para que puedan imprimir piezas de repuesto localmente para llenar los vacíos imprevistos en el suministro. Esto, a su vez, generaría ahorros para el fabricante, ya que "subcontratan" sus costos de fabricación al cliente.

Diseño no experto

Como lo ilustraron las válvulas de ventilación impresas en 3D en Brescia, los ingenieros con poca o ninguna experiencia en el diseño de una pieza en particular pueden diseñar rápidamente un diseño funcional y crearlo con fabricación aditiva. A diferencia de otras técnicas de fabricación, la flexibilidad de la fabricación aditiva significa que los ingenieros y diseñadores no necesitan años de experiencia para adaptar sus diseños a las limitaciones de la capacidad de fabricación.

El diseño generativo, también conocido como diseño asistido por IA, llevará más allá el empoderamiento de Additive para los diseñadores sin experiencia. El software actual se puede optimizar automáticamente para diferentes técnicas de fabricación, reduciendo el tiempo entre el diseño y la fabricación. La optimización de diseños para la fabricación aditiva será particularmente valiosa no solo por las implicaciones de la cadena de suministro, sino también porque puede desbloquear mejores diseños.

La IA generativa ejecuta miles de simulaciones para encontrar los mejores y más eficientes diseños que cumplan con todos los objetivos y limitaciones del diseñador, optimizando aspectos como el peso, la resistencia, las propiedades térmicas y la dinámica de fluidos. En la mayoría de los casos, los resultados involucran geometrías orgánicas complejas, a diferencia de las líneas rectas rígidas y los poliedros hacia los que gravitan los diseñadores humanos. Resulta que estas formas orgánicas e irregulares se pueden crear de manera más efectiva mediante la fabricación aditiva.

Consolidación de piezas

Otra ventaja del diseño generativo es la capacidad de consolidar diseños de ensamblajes compuestos por múltiples componentes, que luego se pueden imprimir con fabricación aditiva. En lugar de tener una cadena de suministro distribuida para piezas y ensamblaje interno, todo el ensamblaje podría imprimirse in situ.

La consolidación de piezas puede generar ahorros significativos para los fabricantes. A diferencia de la fabricación sustractiva, la fabricación aditiva solo utiliza el material necesario para el diseño, lo que reduce los residuos y los costes de material. También se elimina el costo de envío de las piezas y se reducen los costos de ensamblaje, ya que hay menos piezas para ensamblar.

La consolidación de conjuntos complejos podría ser especialmente valiosa para algunos equipos críticos para salvar vidas que escasearán durante la pandemia. Ya hay ingenieros trabajando en nuevos diseños para satisfacer la creciente demanda. El Desafío CoVent-19 consiste en realizar esfuerzos colectivos para desarrollar ventiladores innovadores y de rápida implementación a fin de aumentar la capacidad de los hospitales para manejar el diluvio de pacientes que luchan por respirar.

Jesse Coors-Blankenship es vicepresidente senior de desarrollo avanzado en PTC .