FABRICACIÓN ADITIVA Los retos empresariales obligan a las empresas aeroespaciales a impulsar la tecnología de impresión 3D

La fabricación aditiva —técnica que consiste en construir objetos sólidos por capas— es una solución perfecta para el sector aeroespacial por su capacidad de manejar pequeños volúmenes, crear diseños complejos y fabricar estructuras fuertes y ligeras. No obstante, para favorecer su adopción generalizada es preciso superar los obstáculos que actualmente limitan su uso.

La fabricación aditiva o AM (del inglés, Additive Manufacturing) —también conocida como impresión 3D— ha dejado de ser una simple solución de prototipado. Actualmente, la mayoría de las empresas la usan para mejorar la funcionalidad de los componentes existentes y fabricar piezas no estructurales para la aviación comercial y general.

Sus partidarios ansían el día en que este revolucionario proceso permita «imprimir» fuselajes enteros, alas y piezas fundamentales del motor con geometrías complejas, incluidos los sensores integrados y demás componentes electrónicos. Sin embargo, para lograr todo eso la AM debe superar algunos obstáculos difíciles, según el Oak Ridge National Laboratory (ORNL), un centro de
investigación de Tennessee adscrito al Departamento de Energía de EE. UU.

«En algunas aplicaciones, como el prototipado rápido o los dispositivos médicos específicos, donde se han imprimido muchas piezas, la fabricación aditiva ha alcanzado un elevado grado de madurez, pero para la mayoría de las aplicaciones es aún embrionaria», sostiene Bill Peter, director del Centro de Demostraciones de Fabricación del ORNL.

GARANTÍA DE CALIDAD

Cada año, en el ORNL se dan cita más de 5000 visitantes de alrededor de 700 organizaciones que desean debatir, entre otras tecnologías, la fabricación aditiva. Según Peter, estas personas dejan claro que uno de los principales retos de la AM es lograr el nivel de calidad suficiente para infundir la misma confianza que los procesos de fabricación tradicionales para fabricar todo tipo de piezas, incluidas las que son fundamentales para el funcionamiento y la seguridad de los productos finales.

«El mayor problema es que no existe ninguna metodología para establecer la integridad de los componentes fabricados con la AM», señala.

Las pequeñas modificaciones en los parámetros del proceso y las microestructuras resultantes del material depositado, como por ejemplo el polvo de titanio o níquel, pueden cambiar drásticamente el comportamiento del producto final.

«A largo plazo usaremos un sistema de análisis y visualización de datos para mostrar cómo construir repetidamente una pieza compleja con el nivel de calidad que exigen los fabricantes aeroespaciales, pero aún nos faltan algunos años para ofrecer una solución completa».

NECESIDAD DE RAPIDEZ

Otro problema es la rapidez con la que se deposita la materia prima utilizada para imprimir una pieza.

El proceso de la AM empieza a partir de un diseño tridimensional de la pieza generado por ordenador. El archivo se descarga en el ordenador de la máquina aditiva y se divide en capas extremadamente finas de forma electrónica. La máquina extiende una capa delgada y uniforme de metal sobre la bandeja. Un láser controlado por ordenador u otra fuente de energía, siguiendo el recorrido que marcan los datos troceados del diseño 3D original, sinteriza o fusiona la fina capa de metal. Este proceso de estratificación se repite hasta lograr la renderización de la pieza, pero puede tardar más que las técnicas de fabricación tradicional.

Esto es un problema, porque los fabricantes siempre buscan maneras de acortar los ciclos de producción. «Mejorar el ritmo de depósito aumentará la viabilidad de las aplicaciones de los componentes fabricados con la AM en la industria aeroespacial, entre otros sectores», explica Peter.

No obstante, gracias a los avances logrados en los últimos dos años, los investigadores se muestran optimistas. Por ejemplo, el ORNL colaboró con Cincinnati Incorporated, un fabricante estadounidense de máquinas‑herramienta construidas bajo pedido, a fin de desarrollar un sistema de AM muy innovador, capaz de imprimir componentes de polímero reforzado hasta 10 veces más grandes que con las máquinas actuales y hasta 1000 veces más rápido, con un ritmo de depósito de 16 000 centímetros cúbicos por hora, muy superior a los 16‑65 centímetros cúbicos por hora que han venido ofreciendo las máquinas de AM hasta la fecha. Aplicando los conocimientos adquiridos a partir del uso de polímeros, el equipo de Peter se centra ahora en lograr mejoras similares en el ritmo de depósito utilizando polvos de metal.

UNA EMPRESA FAMILIAR

Kevin Michaels es vicepresidente de ICF International, consultora aeroespacial y de MRO, y una autoridad reconocida en todo el mundo sobre fabricación aeroespacial. Según Daniels, a medida que evoluciona la AM, la industria debe extraer lecciones de la experiencia con otras tecnologías revolucionarias, especialmente los materiales compuestos.

En la década de los setenta, los materiales compuestos experimentaron un gran auge por su fortaleza y su resistencia a la corrosión, pero tardaron décadas en perfeccionarse. Pocos previeron que los fuselajes enteros se acabarían construyendo con materiales compuestos, como sucede ahora.

«El futuro de la fabricación aditiva traerá sorpresas similares que pueden parecer lógicas a posteriori pero que son difíciles de imaginar hoy en día», apunta Michaels.

Comparar el desarrollo de los materiales compuestos con el de la fabricación aditiva es instructivo, opina Antoine Gelain, director general de la empresa de capital privado independiente Paragon European Partners y responsable del área aeroespacial de Candesic, firma londinense dedicada a la consultoría de estrategia y gestión empresarial.

«La analogía nos dice que existe una gran laguna entre la aplicabilidad y la capacidad de comercialización de la tecnología, y que tardaremos décadas en subsanarla».

Al igual que la AM, los materiales compuestos tuvieron que ganarse la confianza de los fabricantes. «Aunque ya hace tiempo que se confirmó la aplicabilidad de los materiales compuestos en las estructuras de los aviones, los grandes cambios que exigían los nuevos procesos de certificación y fabricación hicieron necesario mucho tiempo para convencer a los clientes de que adoptaran la fabricación de estos materiales y hacer viable el modelo de negocio», revela Gelain. «Sin embargo, es probable que la fabricación aditiva vaya mucho más rápida, porque la era digital es un marco más propicio para las tecnologías transformadoras».

En su opinión, los retos empresariales impulsarán los avances en la AM.

«El ritmo de la innovación se acelera cada vez más, principalmente porque las empresas consolidadas se han dado cuenta de los peligros de no avanzar lo suficientemente rápido. Ahora están dispuestas a asumir más riesgos y aumentar la inversión en tecnologías disruptivas».

por Tony Velocci Ir arriba