Directrices esenciales para fabricar componentes críticos de alto impacto

Las piezas o componentes críticos son aquellos que, si fallan o se dañan, podrían afectar catastróficamente el rendimiento de sus aplicaciones o comprometer la seguridad del usuario final. Por esto, las piezas críticas a menudo están sujetas a estrictos estándares regulatorios, y algunas industrias tienen requisitos específicos del mercado diseñados para garantizar la función óptima de dispositivos y aplicaciones mientras maximizan la seguridad del usuario o consumidor.

Un ejemplo de piezas críticas es el equipo de apoyo en tierra en la industria aeroespacial. Son piezas usadas para apoyar el movimiento y mantenimiento de aeronaves en tierra. Este equipo interactúa directamente con componentes críticos de vuelo, subrayando la necesidad de equipos que cumplan con las estrictas regulaciones mecánicas y de seguridad de la industria. Cuando se ingenieran y fabrican correctamente, los técnicos pueden usar estas piezas de forma segura y confiada en el campo, aseguradas de su fiabilidad inherente.

Se espera que los fabricantes de piezas críticas creen consistentemente piezas increíblemente precisas que cumplan con regulaciones específicas de la industria, lo que a menudo se ha asociado con altos costos de producción y plazos de entrega largos.

Sin embargo, los avances en tecnología de fabricación aditiva han comenzado a cambiar cómo los ingenieros abordan el diseño y producción de piezas críticas. Hay varios factores que intervienen en la creación de piezas críticas prácticas y de alta calidad, y este artículo abordará tres: diseño de ingeniería, proceso de fabricación y materiales.

Consideraciones de diseño de producto

Para optimizar el diseño de piezas y componentes críticos, se deben considerar varios factores. Estos incluyen la industria, aplicación y entorno en el que se usará la pieza; el potencial de uso indebido previsible; y la capacitación y expectativas del usuario final.

Primero, conocer la industria y el caso de uso permite a los diseñadores prepararse para requisitos específicos. La industria médica, por ejemplo, sigue requisitos estrictos para el uso de piezas críticas y los materiales viables permitidos para crearlas. Otras consideraciones físicas y químicas incluyen el nivel de resistencia a la humedad y si las piezas pueden esterilizarse con ciertos químicos.

Al familiarizarse con la industria y cómo se espera que el producto rinda en su entorno previsto, los ingenieros obtendrán una mejor idea de cómo optimizar el diseño de la pieza.

Esto se extiende a las cargas y presiones que se espera que soporten las piezas, así como la frecuencia con que se aplicarán esas cargas. Si hay posibilidad de que la pieza falle por fatiga, los ingenieros también deben considerar el ciclo de vida de la pieza para adaptar sus soluciones.

Los usuarios finales son otro factor clave. Los productos de consumo, por ejemplo, tienden a demandar diseños más intuitivos que los destinados a personal capacitado. El conocimiento del uso final permite a los ingenieros realizar evaluaciones de riesgo para determinar si la pieza podría usarse de formas no previstas, así como los riesgos asociados con el uso indebido previsible.

Consideraciones del proceso de fabricación

Un mito común sobre la fabricación aditiva es que solo es buena para prototipado y no para fabricar piezas de producción viables. Sin embargo, en muchos casos, los métodos aditivos presentan una mejor opción para fabricar piezas críticas porque permiten a los ingenieros crear piezas con mayor facilidad y eficiencia que los métodos tradicionales.

Tome como ejemplo el campo médico de la microfluídica, que involucra muestreo de tejido y sangre, dispensación de fármacos o dosificación de pequeñas cantidades de líquido. El sector depende de componentes que permiten este tipo de transferencias de fluidos —que, en general, no pueden crearse con modos convencionales de fabricación.

Estos productos se fabrican frecuentemente con fabricación aditiva, porque la alternativa es un proceso de herramientas involucrado y costoso que usa moldeo por inyección y micro-moldeo por inyección. Ambos pueden tomar semanas o meses para lograr lo que la fabricación aditiva puede hacer en un día.

La fabricación aditiva en casos como estos acelera los ciclos de prueba y reduce drásticamente el tiempo de comercialización. Además, mientras que los costos de herramientas de moldeo por inyección pueden fácilmente costar cien mil dólares, los métodos de fabricación aditiva prometen un precio menor de menos de $100 por unidad.

Muchas aplicaciones de componentes críticos requieren trabajar con volúmenes pequeños y características precisas. Al intentar crear estas piezas con plástico mediante medios tradicionales, los ingenieros deben mecanizarlas con extrema precisión o crear moldes en los que se inyectará plástico, ambos lo que aumenta costos de producción y alarga plazos.

Los métodos aditivos, por otro lado, permiten a los fabricantes hacer piezas críticas sin moldes, por lo que no necesitan considerar cómo el herramientado afecta el tamaño mínimo de característica o realizar análisis de flujo de molde.

Consideraciones de materiales

Identificar las propiedades ideales de las piezas críticas es clave para determinar qué materiales son más adecuados para una aplicación dada. Las piezas que necesitan resistir altas temperaturas probablemente necesitarán fabricarse con materiales diferentes a los que requieren flexibilidad o resistencia al impacto. Al delinear los esfuerzos, cargas o apariencias específicas esperadas de la pieza, los ingenieros pueden identificar rápidamente el material o familia de materiales que resultará en una pieza óptima para una aplicación.

La fabricación aditiva también juega un papel aquí. Si bien la mayoría de los procesos de impresión 3D han requerido tradicionalmente plásticos rígidos, Carbon Digital Light Synthesis™ permite a los ingenieros usar materiales más suaves, como poliuretano elastomérico o silicona, que pueden usarse para aplicaciones que requieren piezas físicamente flexibles que proporcionen amortiguación, absorción de impactos o características de sellado.

Desarrollo de piezas críticas mediante fabricación aditiva

En última instancia, las piezas y componentes críticos deben cumplir dos requisitos clave: deben poder rendir según los requisitos de sus aplicaciones previstas, y si se degradan o fallan con el tiempo, deben hacerlo sin causar daño al usuario.

Fast Radius trabaja en la vanguardia de la ingeniería para fabricar componentes críticos que tienen impactos directos en la seguridad del consumidor. Nuestros clientes saben y confían en que cuando trabajan con nosotros, proporcionaremos soluciones para mantener sus negocios moviéndose a la velocidad que la economía exige —mientras garantizamos piezas de calidad inigualable que cumplen con regulaciones cruciales.

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