Pin It

La manufactura aditiva ha demostrado ser una tecnología capaz de crear algunos de los productos más innovadores del mercado.

Manufactura aditiva

Pero incluso la idea más innovadora sólo tiene éxito si se puede rentabilizar. Para que la impresión 3D tenga éxito en toda la industria es necesario invertir. Alcanzar el potencial de la manufactura aditiva de forma confiable, rentable y sostenible no es fácil. Es necesario integrar los conocimientos y mejores prácticas desde las primeras fases del diseño hasta la fabricación y producción del producto. Además, en el mercado actual, las empresas también deben tener en cuenta la circularidad de los materiales al final de su vida útil.

La digitalización es un factor clave para crear un programa viable de manufactura aditiva que recopile, analice y optimice el proceso. Los datos de diseño, producción y uso del producto deben recopilarse durante toda su vida útil. Las aplicaciones de diseño ayudan a crear la pieza perfecta. Los parámetros de configuración de fabricación adecuados optimizan el proceso de fabricación. Y, por último, las máquinas de producción garantizan que las piezas salgan con calidad, de forma rentable y sostenible. Estas herramientas digitales llevan la manufactura aditiva a la corriente principal.

 

El diseño


Hay tres funciones principales que hacen que un proceso de diseño manufactura aditiva tenga éxito para una empresa. Se trata de diseñar para la función, para el desempeño y fabricación. Diseñar piezas de manufactura aditiva como si se tratara de procesos de fabricación tradicionales es ineficaz porque, aunque el objetivo final es el mismo, el camino hacia el éxito es diferente. Gran parte de las ventajas de la tecnología aditiva proceden de un diseño adecuado a la tecnología, ya sean las geometrías complejas creadas mediante la optimización de la topología o las estructuras reticulares definidas algorítmicamente. Con la impresión 3D es posible ofrecer más rendimiento con menos material si el diseño es el adecuado. Pero diseñar de esta manera requiere un conjunto de aplicaciones digitales que puedan gestionar y manipular las geometrías complejas que surgen de la optimización de las piezas en cuanto a rendimiento, calidad y otras métricas clave.


Las mejoras en diseño periten un aumento en eficiencia y crea ventajas de sostenibilidad, por ejemplo, al reducir el material por pieza, su desempeño o facilidad en procesos posteriores de ensamble o fabricación. Los componentes más ligeros de un vehículo mejoran la autonomía, mientras que la geometría hidrodinámicamente eficiente del impulsor de una bomba puede reducir los costos energéticos de la maquinaria. A veces, estas ventajas pueden llevarse aún más lejos en la fabricación. Por ejemplo, algunas empresas han utilizado la manufactura aditiva para consolidar piezas individuales en una sola, lo que reduce los pasos de ensamble y, por tanto, el consumo de energía. En el último año hemos visto cómo muchas empresas con las que trabajamos en Siemens empezaban a explorar la manufactura aditiva por razones como éstas.

 

Pieza de metal impresa 3D 

La construcción


Un diseño optimizado, o incluso en teoría perfecto, carece de valor si no puede fabricarse de forma eficiente y rentable. Garantizar una fabricación adecuada requiere información de todo el ciclo de vida del producto, lo que hace que las aplicaciones digitales integradas sea una parte clave del éxito de un programa de manufactura aditiva. Un ingeniero de fabricación puede optimizar la producción de una pieza con simulaciones de su proceso para garantizar la eficiencia de la máquina durante la impresión 3D. También existe una necesidad crítica de optimizar la preparación de la construcción para crear productos de manufactura aditiva sostenibles. Por ejemplo, si se optimiza la capacidad de impresión de una impresora determinada, también se puede minimizar el gasto energético por impresión.

Cuando se suministran productos en lotes de un solo dígito, una impresión defectuosa puede resultar excesivamente cara por los costos del material, de la energía para la fabricación y del tiempo asociado a la construcción. Usar las herramientas digitales adecuadas ayuda a generar un resultado de calidad y, a medida que las empresas hacen más hincapié en la sustentabilidad, estos ahorros son cada vez más importantes. En Siemens, hemos observado cómo la sostenibilidad se ha convertido en una fuerza impulsora en la toma de decisiones corporativas y cómo las empresas han recurrido a la manufactura aditiva para contribuir a ese objetivo.

 

La producción


No es común encontrar una pieza fabricada con técnicas aditivas que tenga calidad de producción al salir de la impresora 3D. Al igual que ocurre con las piezas de fundición, es necesario limpiar y mecanizar con precisión las piezas para su instalación final, especialmente cuando las piezas se imprimen en metal. Parte de este trabajo se mitiga mediante la comprensión y posterior optimización del proceso de impresión utilizado. Un modelo del proceso de impresión reforzado con datos entre el diseño, la producción y el rendimiento en el mundo real, ofrece predicciones más precisas en las primeras fases del desarrollo que conduce a una reducción de las fallas de fabricación y del uso de materiales. Además, el software de diseño adecuado para la producción también debería integrar las operaciones de post proceso en la optimización del flujo de trabajo.


Junto con la necesidad de optimizar el proceso de impresión 3D, el uso de material y la viabilidad, es más cada vez más necesario tener en cuenta el material a lo largo del ciclo de vida de un producto, incluido el tratamiento posterior. Dependiendo de la empresa, esto puede abarcar desde el abastecimiento de materias primas hasta la eliminación del material al final de su vida útil. La trazabilidad de los materiales permite conocer los puntos de pérdida en el ciclo de vida de un producto, lo que repercute directamente en los costos y la sostenibilidad de la fabricación. Por ejemplo, los datos históricos pueden revelar que una máquina que elimina polvo no está recogiendo eficazmente el material no utilizado, o pueden incitar a los diseñadores a remodelar ligeramente la pieza para mejorar la extracción con el equipo disponible. A medida que las empresas con las que trabajamos amplían su conocimiento de todo el proceso de manufactura aditiva, estos son los tipos de consideraciones que estamos viendo que se vuelven más frecuentes conforme planean y ejecutan su trabajo de impresión 3D.

 

Enfriamiento conformal por manufactura aditiva 

El ciclo de vida


La recopilación, el análisis y la optimización de los datos a lo largo del ciclo de vida de una producción serán cruciales a medida que más empresas se orienten hacia la creación de procesos sostenibles y la circularidad de los materiales. La pérdida de material tiene un impacto directo en los costos para los fabricantes, pero a medida que algunos recursos se vuelvan más difíciles o más caros de extraer en forma bruta, el coste-beneficio del uso eficiente del material no hará sino crecer. Puede tratarse del material de impresión, pero también se aplica a los refrigerantes y a los fluidos de mecanizado en el post procesado de las piezas de impresión 3D.

Las tres erres (R) de la sostenibilidad (reducir, reutilizar y reciclar) se mencionan a menudo cuando se habla del ciclo de vida de un producto. Uno de estos aspectos, la reutilización, es un tema que hemos visto surgir cada vez más en relación con la sustentabilidad y la manufactura aditiva. Parte de la creación de un futuro sostenible consiste en crear productos que ya no tengan una "obsolescencia programada", sino que se reparen y reutilicen. El uso de la manufactura aditiva para reparar o sustituir piezas de maquinaria heredada es el tipo de caso de uso que vemos que las empresas investigan cada vez más a medida que el deseo de un futuro menos derrochador se combina con iniciativas corporativas en torno a la creación de productos sostenibles.

Mientras que los líderes de la industria, los investigadores y las redes enteras de la cadena de suministro están creando este futuro sostenible, está claro que el software desempeñará un papel importante al permitir el seguimiento y la predicción de la sostenibilidad de los productos desde el concepto inicial hasta el final de su vida útil. Disponer de esta gran cantidad de información en un entorno digital también proporciona las herramientas necesarias para que los procesos sean más rentables y, al mismo tiempo, más sostenibles. Un gramo de material o un kilovatio ahorrado en la fabricación disminuye los costos asociados a la fabricación de un producto y también reduce el impacto medioambiental.

 

El futuro


La manufactura aditiva ofrece oportunidades para mejorar el desempeño de los productos. Esto ya ha quedado demostrado una y otra vez por el increíble trabajo de las empresas con las que trabajamos a diario en Siemens. Pero la manufactura aditiva también ofrece una vía para avanzar en el rendimiento y la sostenibilidad de la fabricación. Esto comienza con el diseño, la construcción y la producción de los productos actuales y continuará con la circularidad de los productos a lo largo de todo el ciclo de vida. El software es fundamental para hacer realidad este potencial. Hacen del proceso aditivo un proceso rentable, repetible y sostenible que puede impulsar la fabricación en el futuro. Nos ha entusiasmado ver lo que las empresas han hecho el año pasado para ayudar a construir este futuro y esperamos poder ayudarles a seguir persiguiendo estos objetivos en los próximos años.

 

Ashley Eckhoff 

Por: Ashley Eckhoff, miembro del Programa de Manufactura Aditiva de Siemens Software