Repensar la consolidación de piezas con fabricación aditiva

Los ensamblajes mecánicos son comunes tanto en productos de consumo como en productos industriales. Incluso los productos relativamente económicos pueden tener docenas de componentes individuales, y en maquinaria compleja puede haber fácilmente cientos o miles de componentes. La fabricación aditiva (FA) permite altos niveles de consolidación de piezas, a veces incluso eliminando la necesidad de ensamblaje.

Los beneficios de la fabricación aditiva para la consolidación de piezas

AM tiene la capacidad única de producir geometrías complejas que no se pueden fabricar con métodos tradicionales de fabricación. Un ensamblaje mecánico que normalmente tendría muchas partes fabricadas como componentes separados y luego ensambladas puede fabricarse de forma aditiva como una sola unidad, incluso si la geometría es muy compleja. Además de la simplificación del diseño, hay otros beneficios tangibles al usar AM para la consolidación de piezas:

Costos generales de proyección más bajos

El beneficio mejor y más obvio de consolidar sus piezas con AM es que necesita menos piezas para ensamblar significa que está gastando menos dinero en costos de ensamblaje. Eliminar el ensamblaje de la ecuación también significa que reducirá los posibles factores que generan costos, como el control de calidad o la gestión de inventario. Al utilizar la fabricación aditiva para hacer varias piezas como una sola, está reduciendo el riesgo de costos ocultos y retrasos en los proyectos.

Menos material

En la fabricación tradicional, a medida que aumenta la complejidad de la pieza, el costo de la pieza también suele aumentar. Con AM, este no es el caso:a medida que aumenta la complejidad de la pieza, el costo de la pieza no aumenta. En muchos casos, el costo de la pieza disminuirá, porque una mayor complejidad a menudo significa que se utiliza menos material. Cuando se usa FA, es posible lograr una disminución de más del 70 % en los materiales utilizados en comparación con la fabricación tradicional.

Menor riesgo general

La consolidación parcial reduce o elimina por completo una serie de riesgos. Por ejemplo, puede eludir el riesgo de que su proveedor ya no pueda suministrar la pieza en cuestión. Este riesgo del proveedor se multiplica por el número de piezas del conjunto. Si puede imprimir varias partes como una sola unidad usando AM, las posibilidades de encontrar este problema disminuyen considerablemente.

Hay otros riesgos que también se reducen. Los casos de falla de una pieza disminuyen cuando la pieza se ha fabricado como una sola unidad en lugar de ensamblarse por separado. Otro riesgo es la obsolescencia; cuando la pieza llegue al final de su vida útil, no tendrá inventario restante que deba desecharse.

Mejor rendimiento

En muchos casos, la fabricación aditiva le permite fabricar una pieza con un mejor rendimiento, porque permite geometrías que son deseables pero que no se pueden fabricar con la fabricación heredada. Algunas de las aplicaciones de AM que tienen beneficios emocionantes para mejorar el rendimiento del producto incluyen peso ligero, alta relación resistencia/peso, transferencia de calor y flujo de fluidos, y absorción de energía.

¿Cómo puede identificar las piezas para la consolidación?

Al pensar en la consolidación de piezas con AM, el primer paso es centrarse en la función del ensamblaje que planea reemplazar. Luego, debe cuestionar las suposiciones que llevaron a su diseño original realizado utilizando la fabricación tradicional.

Puede ser útil utilizar un enfoque estructurado para analizar las partes que se van a consolidar. Una metodología eficaz y popular para analizar la fabricación y el ensamblaje se conoce como Diseño para la fabricación y el ensamblaje (DFMA®). El modelo consta de tres preguntas que ayudan a los ingenieros y fabricantes a comenzar el proceso de consolidación del ensamblaje:

1. ¿Es necesario que la pieza se mueva en relación con las piezas ensambladas?
2. ¿Se necesitan varios materiales para la función de la pieza?
3. ¿Es necesario separar la pieza para montarla o desmontarla?

Al pensar en estas preguntas, los diseñadores pueden determinar la cantidad mínima teórica de piezas requeridas para el ensamblaje. Si bien estas preguntas pueden servir como punto de partida, hay algunas consideraciones de seguimiento que lo ayudarán a determinar si debe pensar en aditivos para la consolidación de piezas:

1. ¿Se necesitan varias piezas para satisfacer este requisito?
2. ¿Puede una sola pieza satisfacer este requisito?

En otras palabras, ¿realmente se necesitan varias piezas para que la pieza funcione correctamente? ¿Hay otras soluciones, como estructuras de celosía (u otras geometrías complejas), que podrían incorporarse en un diseño que podría cumplir esencialmente la misma función y reducir la cantidad de piezas y materiales necesarios en general?

Eche un vistazo a la siguiente tabla para determinar si la consolidación de piezas con aditivos es adecuada para usted.

Consolidación de piezas y procesos aditivos

Diseñar para reducir el número de componentes separados es solo un factor en la consolidación de piezas. Otra forma de minimizar la cantidad de piezas ensambladas en su producto es utilizar tecnologías que hagan posible la consolidación. Con tecnologías aditivas, como HP Multi Jet Fusion (MJF), los componentes separados tienen la capacidad no solo de imprimirse como una sola pieza, sino que también pueden realizar un rango completo de movimiento directamente desde la impresora.

Decidir qué tecnología de aditivos usar depende de los requisitos de su diseño. Por ejemplo, con HP MJF, las piezas no requieren soportes, lo que permitió a los ingenieros crear diseños más complejos y piezas móviles. La tecnología Carbon® requiere soportes, pero puede imprimir componentes duraderos con diferentes espesores de pared como una sola pieza. Un gran ejemplo de consolidación de piezas con Carbon® es el reposabrazos de silla SILQ de Steelcase:el reposabrazos solía ensamblarse con tres piezas separadas, pero gracias a las estructuras de celosía y las geometrías complejas, ahora se imprime como una sola.

Ejemplos de aplicaciones de consolidación de piezas

Hay muchas aplicaciones que podrían beneficiarse de la consolidación de piezas mediante AM. Ya existen aplicaciones en el mercado, como ensambles mecánicos, componentes fluídicos, piezas estructurales, y más. Los fabricantes están viendo un mayor rendimiento y durabilidad gracias al diseño de varias piezas como una sola. Echemos un vistazo más de cerca a cómo la consolidación de piezas afecta a dos aplicaciones específicas.

Impulsores de bombas

Los impulsores de fabricación tradicional a menudo requieren piezas separadas que se sueldan entre sí. Con AM, estos se pueden imprimir como una sola pieza. Cuando el impulsor de una bomba se fabrica de forma tradicional, tendrá espacios entre sus componentes. Mediante la fabricación con aditivos, se puede eliminar el espacio, lo que mejora el rendimiento general de la pieza. También es importante tener en cuenta que debido a que se eliminaron las uniones soldadas, se redujo la cantidad de posibles puntos de falla y ya no se producirá corrosión en las soldaduras.

Conductos de aire

Los conductos de aire también son excelentes candidatos para la consolidación de piezas. Usando geometrías complejas habilitadas por aditivos, la geometría de la pieza y el flujo de aire se pueden optimizar. Un ejemplo de caso de esto es un conducto de refrigeración en la serie de impresoras HP 500/300 que utiliza HP MJF. Al consolidar ocho partes en una, HP pudo simplificar su cadena de suministro y reducir el costo de los componentes en un 30 por ciento.

Los fabricantes se esfuerzan por lograr la reducción de costos, el riesgo de la cadena de suministro y un mejor rendimiento a través de la consolidación de piezas. AM ofrece una oportunidad única para reducir aún más los ensamblajes debido a las geometrías complejas que ahora son posibles. Si desea obtener más información sobre cómo se puede consolidar su aplicación, póngase en contacto con nuestro equipo de expertos hoy mismo.

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