Cómo el COVID-19 acelera la adopción de impresión 3D en todas las industrias

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

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

A través de industrias, las cadenas de suministro han sido golpeadas duro mientras fábricas cerraban o limitaban producción. Sin embargo, ninguna se ha tensionado más que la cadena de suministro médica, mientras la demanda se dispara por equipos de protección como mascarillas y guantes, así como por equipos críticos para salvar vidas como ventiladores. Los hospitales probablemente pronto estarán abrumados, con capacidad y suministros empujados a sus límites. Ante este desafío sin precedentes, la fabricación aditiva ha intervenido para llenar el vacío.

Cuando los proveedores no pudieron satisfacer la demanda creciente de válvulas de ventilador para salvar vidas, un hospital en Brescia, una de las regiones más golpeadas en el norte de Italia, recurrió a la fabricación aditiva. Trabajando estrechamente con empresas locales Issinova, Lonati SpA y The FabLab, el hospital pudo hacer ingeniería inversa del diseño de la válvula de ventilador. En seis horas, estaba imprimiendo en 3D nuevas válvulas in situ, y salvando vidas.

En las semanas desde entonces, impresoras 3D alrededor del mundo han estado zumbando para mantener hospitales abastecidos. Proveedores como Formlabs y MatterHackers han establecido hubs online para conectar hospitales con clientes dispuestos a compartir sus impresoras 3D. Empresas desde SmileDirectClub hasta Volkswagen han ofrecido voluntariamente sus capacidades de fabricación aditiva para suministrar equipos de protección críticos y piezas de ventilador. Mientras tanto, una creciente comunidad online de makers está compartiendo diseños CAD e ideas para responder a la pandemia.

Una de estas iniciativas que apoyo personalmente es MasksOn, que tiene como objetivo proporcionar 50.000 mascarillas faciales reutilizables y sanitizables para clínicos en entornos de alto riesgo. La iniciativa está convirtiendo mascarillas de snorkel de cara completa en protectores faciales reutilizables, usando impresión 3D para producir en masa adaptadores de filtro respiratorio de grado médico. (Una lista completa de recursos y proyectos de la comunidad de impresión 3D dedicados a la pandemia de COVID-19 puede encontrarse aquí.)

La respuesta de la comunidad de fabricación aditiva en esta crisis ha sido inspiradora. Lo que la pandemia ha revelado, sin embargo, es la vulnerabilidad subyacente de las cadenas de suministro globalizadas. Las organizaciones se han visto forzadas a repensar su dependencia de proveedores distantes o en el extranjero.

Aunque la impresión 3D aún no está disponible a escala para soportar manufactura localizada para todo, los resultados tempranos 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?

Aquí está lo que el futuro podría deparar:

Bajo demanda, in situ y Just-in-Time

Las disrupciones de cadena de suministro no se limitan a pandemias. Desastres naturales, políticas comerciales y huelgas laborales pueden interrumpir el flujo de suministros, retrasando 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 disrupciones operacionales pueden acortarse o eliminarse eludiendo producción y envío en el extranjero.

Considera una tubería rompiéndose en una plataforma petrolífera en alta mar. Esperar una pieza de repuesto podría tomar días, paralizando operaciones en la plataforma y poniendo ingresos en espera. Con una impresora 3D, los ingenieros en la plataforma podrían diseñar e imprimir rápidamente un collarín de parche y volver a bombear mientras esperan que el proveedor envíe un reemplazo a largo plazo.

En Brescia, los makers que hicieron ingeniería inversa de las válvulas de ventilador para fabricación aditiva ahora enfrentan una posible demanda del proveedor original de válvulas de ventilador del hospital por infracción de patente. Para mitigar disputas de propiedad intelectual en el futuro, los fabricantes podrían licenciar sus diseños a sus clientes para que puedan imprimir piezas de repuesto localmente y llenar huecos imprevistos en el suministro. Esto a su vez impulsaría ahorros para el fabricante, ya que "externalizan" sus costes de fabricación al cliente.

Diseño no experto

Como ilustraron las válvulas de ventilador impresas en 3D en Brescia, es posible para ingenieros con poca o ninguna experiencia diseñando una pieza particular 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 ingenieros y diseñadores no necesitan años de experiencia adaptando sus diseños a las restricciones de fabricabilidad.

El empoderamiento de diseñadores inexpertos por la fabricación aditiva será llevado más lejos por el diseño generativo, también conocido como diseño asistido por IA. El software de hoy puede optimizar automáticamente para diferentes técnicas de fabricación, reduciendo el tiempo entre diseño y fabricación. Optimizar diseños para fabricación aditiva será particularmente valioso no solo por las implicaciones de cadena de suministro, sino también porque puede desbloquear mejores diseños.

La IA generativa ejecuta miles de simulaciones para encontrar los diseños mejores y más eficientes que cumplen todos los objetivos y restricciones del diseñador, optimizando para cosas como peso, resistencia, propiedades térmicas y dinámica de fluidos. En la mayoría de casos, los resultados involucran geometrías complejas y orgánicas, a diferencia de las líneas rectas rígidas y poliedros hacia los que los diseñadores humanos gravitan. Resulta que estas formas orgánicas e irregulares pueden ser creadas más efectivamente por fabricación aditiva.

Consolidación de piezas

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

La consolidación de piezas puede impulsar ahorros significativos para fabricantes. En contraste con la fabricación sustractiva, la fabricación aditiva solo usa el material necesario para el diseño, reduciendo desperdicio y costes de material. El coste de envío de piezas también se elimina, y los costes de ensamblaje se reducen, ya que hay menos piezas para ensamblar.

La consolidación de ensamblajes 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 demanda creciente. El Reto CoVent-19 está haciendo crowdsourcing de esfuerzos para desarrollar ventiladores innovadores y rápidamente desplegables para aumentar la capacidad de hospitales para manejar la avalancha de pacientes luchando por respirar.

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