Revolucionando la consolidación de piezas con fabricación aditiva

Los ensamblajes mecánicos son comunes tanto en productos de consumo como industriales. Incluso productos relativamente económicos pueden tener docenas de componentes individuales, y en maquinaria compleja puede haber fácilmente cientos o miles de componentes. La fabricación aditiva (AM) 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 es únicamente capaz de producir geometrías complejas que no pueden fabricarse usando métodos tradicionales de fabricación. Un ensamblaje mecánico que normalmente tendría muchas piezas fabricadas como componentes separados y luego unidas puede ser fabricado aditivamente como una sola unidad, incluso si la geometría es muy compleja. Además de la simplificación del diseño, hay otros beneficios tangibles de usar AM para consolidación de piezas:

Costes de proyección globales más bajos

El beneficio mejor y más obvio de consolidar sus piezas con AM es que necesitar menos piezas para ensamblar significa que gasta menos dinero en costes de ensamblaje. Sacar el ensamblaje de la ecuación también significa que reducirá factores potenciales de coste como control de calidad o gestión de inventario. Al usar fabricación aditiva para hacer múltiples piezas como una, está reduciendo el riesgo de costes ocultos y retrasos en el proyecto.

Menos material

En la fabricación tradicional, a medida que aumenta la complejidad de la pieza, el coste de la pieza también aumenta típicamente. Con AM, este no es el caso — a medida que aumenta la complejidad de la pieza, el coste no aumenta. En muchos casos, el coste de la pieza disminuirá, porque la complejidad aumentada a menudo significa que se usa menos material. Al usar AM, es posible lograr una disminución de hasta el 70 por ciento en materiales usados comparado con la fabricación tradicional.

Menor riesgo global

La consolidación de piezas reduce o elimina completamente una serie de riesgos. Por ejemplo, puede eludir el riesgo de que su proveedor ya no pueda suministrar la pieza en cuestión. Este riesgo de proveedor se multiplica por el número de piezas en el ensamblaje. Si es capaz de imprimir múltiples piezas como una sola unidad usando AM, las posibilidades de encontrar este problema disminuyen enormemente.

Hay otros riesgos que se reducen también. Las instancias de fallo de pieza disminuyen cuando la pieza ha sido fabricada como una sola unidad en lugar de ensamblada por separado. Otro riesgo es la obsolescencia; cuando la pieza llega al final de su vida, no tendrá inventario restante que deba ser desechado.

Mejor rendimiento

En muchos casos, AM le permite hacer una pieza de mejor rendimiento, porque permite geometrías que son deseables pero que no pueden hacerse con fabricación tradicional. Algunas de las aplicaciones de AM que tienen beneficios emocionantes para el rendimiento mejorado del producto incluyen aligeramiento, alta relación resistencia-peso, transferencia de calor y flujo de fluidos, y absorción de energía.

¿Cómo puede identificar piezas para consolidación?

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

Puede ser útil usar un enfoque estructurado para analizar las piezas a consolidar. Una metodología efectiva y popular para analizar fabricación y ensamblaje se conoce como Diseño para Fabricación y Ensamblaje (DFMA®). El modelo se compone de tres preguntas que ayudan a ingenieros y fabricantes a comenzar el proceso de consolidación de ensamblaje:

1. ¿La pieza necesita moverse relativa a las piezas ensambladas?
2. ¿Se necesitan múltiples materiales para la función de la pieza?
3. ¿La pieza necesita separarse para ensamblaje o desensamblaje?

Pensando en estas preguntas, los diseñadores pueden determinar el número teórico mínimo de piezas requeridas para el ensamblaje. Aunque estas preguntas pueden servir como punto de partida, hay algunas consideraciones de seguimiento que le ayudarán a determinar si debería estar pensando en aditiva para consolidación de piezas:

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

En otras palabras, ¿se necesitan realmente múltiples 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 esencialmente sirva la misma función mientras reduce la cantidad de piezas y materiales requeridos globalmente?

Eche un vistazo al gráfico a continuación para ayudar a determinar si la consolidación de piezas usando aditiva 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 el número de piezas ensambladas en su producto es usar tecnologías que hagan posible la consolidación. Con tecnologías aditivas, como HP Multi Jet Fusion (MJF), los componentes separados no solo tienen la capacidad de imprimirse como una pieza completa, sino que son capaces de un rango completo de movimiento directamente desde la impresora.

Decidir qué tecnología aditiva usar depende de sus requisitos de 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 es capaz de imprimir componentes duraderos con grosores de pared variables como una pieza. Un gran ejemplo de consolidación de piezas usando Carbon® es el apoyabrazos de la silla SILQ de Steelcase: el apoyabrazos solía ensamblarse usando tres piezas separadas, pero gracias a estructuras de celosía y geometrías complejas, ahora se imprime como una.

Ejemplos de aplicaciones de consolidación de piezas

Hay muchas aplicaciones que podrían beneficiarse de la consolidación de piezas usando AM. Ya hay aplicaciones en el mercado, como ensamblajes mecánicos, componentes fluídicos, piezas estructurales y más. Los fabricantes están viendo mayor rendimiento y durabilidad gracias a diseñar múltiples piezas como una. Echemos un vistazo más de cerca a cómo la consolidación de piezas impacta dos aplicaciones específicas.

Impulsores de bomba

Los impulsores fabricados tradicionalmente a menudo requieren piezas separadas que se sueldan juntas. Con AM, estos pueden imprimirse como una sola pieza. Cuando un impulsor de bomba se fabrica tradicionalmente, tendrá huecos entre sus componentes. Al fabricar con aditiva, el hueco puede eliminarse — lo que mejora el rendimiento general de la pieza. También es importante notar que, al eliminarse las juntas soldadas, el número de puntos potenciales de fallo se ha reducido y la corrosión en las soldaduras ya no ocurrirá.

Conductos de aire

Los conductos de aire también son grandes candidatos para consolidación de piezas. Usando geometrías complejas habilitadas por aditiva, la geometría de la pieza y el flujo de aire pueden optimizarse. Un caso de ejemplo de esto es un conducto de refrigeración en la serie de impresoras HP 500/300 que utiliza HP MJF. Al consolidar ocho piezas en una, HP pudo simplificar su cadena de suministro y reducir el coste del componente en un 30 por ciento.

Los fabricantes se esfuerzan por lograr reducción de coste, riesgo de cadena de suministro y rendimiento mejorado a través de consolidación de piezas. AM ofrece una oportunidad única para reducir aún más ensamblajes debido a las geometrías complejas que ahora son posibles. Si quiere saber más sobre cómo su aplicación puede ser consolidada, contacte a nuestro equipo de expertos hoy.

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