Entrevista con Jaime García de 3D Systems sobre manufactura aditiva en sector automotriz y transporte
Jaime García es experto en ingeniería con más de 30 años de experiencia en GE Transportation y Deere & Company, en procesos de manufactura aditiva. Tiene una maestría en diseño mecánico y dos licenciaturas de la UANL. Jaime tiene seis patentes en diseño de locomotoras y ha publicado artículos en ASME sobre tecnologías de motores diesel. Es líder comercial de segmento automotriz y transporte para manufactura aditiva en 3D Systems. Su rol es identificar oportunidades en la industria de transporte donde pudieran tener un beneficio al usar esta tecnología.
ExpoManufactura
Expo Manufactura es uno de los shows más importantes y grandes en Latinoamérica en manufactura donde se presentan novedades e innovaciones en general , aquí la manufactura aditiva ofrece muchas ventajas para las empresas asistentes que aún no han capitalizado este proceso. Lo que buscamos es continuar creciendo en México y Latinoamérica. Aparte de difusión, estamos aquí para evangelizar y que la adopción sea un poco más rápida, que se entiendan los beneficios y lo que uno debe de esperar del proceso de manufactura aditiva como una herramienta que complementa otros procesos tradicionales.
Importancia del sector automotriz
Si hay mucha gente de la industria automotriz en el evento. México es fuerte en manufactura de procesos de productos, muchas veces los diseños ya vienen de otros lados, bajo este escenario, lo que se necesita el sector es cómo acelerar la fabricación de herramientas de producción, moldes, fixtures calidad, todo eso. La manufactura aditiva juega un rol muy importante, porque de alguna forma la considera el cliente como un riesgo controlado al tener un equipo que produce herramental por procesos aditivos, y en el caso de algún problema o defecto, está contenido y se puede responder dentro de sus instalaciones.
El sector busca cómo eficientar sus procesos de manufactura, cómo hacer prototipos rápidos para validar antes de hacer el herramental de producción final, los ingenieros de automotriz nos preguntan qué plataformas y qué tecnologías se pueden usar. Y uno de los retos en automotriz es de que las piezas que necesitan son dimensionalmente grandes y las impresoras de escritorio se ven limitadas, donde ya para ellos ya no es beneficio imprimir ocho o diez segmentos y luego pegarlos y tratar de imprimir en una sola pieza, ahí es donde se requiere una plataforma de impresión grande.
El sector automotriz busca herramental rápido
Sí, con la técnica de Rapid Tooling, pueden resolver rápidamente su herramental, un sustituto que tenga propiedades mecánicas y medidas precisas para que reemplacen a su elemento original. Y, por otro lado, los cambios que están sucediendo en el diseño son tan rápidos que ya están considerando que no necesitan un utillaje permanente, muy pesado o para muchos años, cuando a lo mejor en un año ya está cambiando el diseño del producto y se requieren nuevos herramentales, al tener la solución “inhouse”, no dependen de los tiempos de terceros.
¿Manufactura aditiva en polímeros como material de utillaje?
Es donde tenemos la mayor demanda, pero también tenemos metales. En el área de polímeros es lo más práctico por el hecho de que la materia prima es más barata en particular cuando hablamos de utillajes grandes, el peso ya es un factor a la hora de ergonomía, manejo, traslado, almacenaje. Y por eso el polímero con aditivos compuestos aumenta la resistencia, y es lo que tiende a utilizar el cliente.
¿Sigue siendo el material nylon un elemento de los más utilizados para prototipos?
Se ha estado diversificando. El nylon agarró mucha popularidad porque es muy común usarlo, por ejemplo, el Nylamid es muy resistente, ligero, con muy buenas propiedades mecánicas. Pero a la hora de imprimir en 3D nylon para sustituir lo que estaba haciendo con nylamid, la materia prima no es la más económica que se pueda encontrar. La industria del plástico ha estado trabajando para desarrollar materiales quizás no igual de resistentes que el nylon o que se quedan cerca, un 15% abajo y con costos que son 60% más baratos. Entonces, ya los clientes buscan este tipo de materiales alternativos.
Las ofertas de procesos aditivos de 3D Systems
Digital light projector o DLP
Proyección de luz, la familia de la Figure 4 y una nueva que lanzamos el año pasado, que es la PSL A270. Las dos utilizan un sistema de proyección de luz ultravioleta para hacer el curado del material capa por capa al mismo tiempo. Es una familia de tecnologías de proyección de luz. Y es para plásticos foto curables, donde la resina líquida es la materia prima.
Estereolitografía o SLA
La siguiente familia de procesos aditivos es Estereolitografía, usa el mismo tipo de material de resina líquida, pero en vez de un proyector de luz, utiliza un láser para hacer el curado. Hay una línea completa de impresoras de estereolitografía para impresión 3D.
Sinterizado selectivo láser o SLS
El otro proceso de manufactura aditiva en polímeros es llamado sinterizado selectivo láser, que utiliza polvo de nylon y también usa un láser para hacer el sinterizado capa por capa de los componentes, con la ventaja que el proceso de sinterizado ha sido muy atractivo la industria automotriz porque no requiere soportes. Aquí el diseñador no se tiene que preocupar qué orientación le va a dar a la pieza para mejor productividad, porque no es una limitante en tecnología de láser sinterizado.
En el vídeo una explicación del proceso SLS, fuente canal de 3D Systems
Extrusión
Para completar la familia de plásticos, tenemos el proceso aditivo de Extrusión de largo formato. Con impresoras 3D donde la más pequeña es de 800 x 600 x 800 mm y la más grande es de 1. 2 x 1. 2 x 1. 8 metros. Estas máquinas pueden depositar hasta 13 kilos de material por hora. Estamos hablando de piezas ya de tamaño muy grande. Entonces, como la productividad y velocidad de impresión es un factor, esas impresoras 3D se lanzaron con un extrusor de pellets, en vez de material de filamento. El pellet también ofrece la ventaja que es la materia prima más barata en plástico, porque es un “commodity”. Muchos de los herramentales para producción y manejo de componentes como puertas, defensas, componentes de tablero, pueden usar estos equipos para producir piezas o moldes con tamaños o longitudes cerca del metro.
En la familia de equipos para metales tenemos tres tamaños de impresoras 3D y tenemos más de 27 materiales, para imprimir, desde aleaciones de aluminio, de cobre, aceros inoxidables, aceros al níquel, tungsteno, titanio, etc. Se usa tanto en áreas industriales como en el sector médico.
El proceso de extrusión por pellets de 3D Systems, fuente canal de 3D Systems
En el pasado el prototipo rápido era lo más utilizado, luego llegó el rapid tooling y hoy se busca la pieza para producción
Barnes Global Advisors es una firma de consultoría en Estados Unidos especializados en manufactura aditiva, me gusta la forma en que ellos clasifican la adopción en cinco niveles.
El nivel inicial es el prototipo rápido, donde lo que se quiere es una pieza que nada más cumpla... que puede ser incluso prototipos a escala, no necesitan ser 100% funcionales para que tanto ingenieros de diseño como de manufactura puedan tomar decisiones basadas en un objeto físico.
El segundo nivel es el de ayuda en manufactura como fixtures, moldes, para poder sacar producción más rápido o poder hacer inspección de las partes más rápido y de manera eficiente. (rapid tooling).
En el tercer nivel, estamos hablando de sustitución de partes. Cuando una pieza que ya no existe, y hay que hacer una parte que sea de función exactamente igual a la anterior o incluso hasta mejor, con durabilidad de muchos años y con las mismas propiedades mecánicas para uso final (piezas funcionales).
El cuarto nivel, es mejora de la funcionalidad, es donde se empieza a considerar la optimización topológica, cómo le bajo el peso, diseño generativo, o ver cómo consolido varias partes en una sola. Ahí es donde en la industria automotriz todavía no hemos llegado, pero en la industria de la aviación y aeroespacial ya lo están usando para partes normales en producción.
Y quinto nivel es lo multifuncional. Por ejemplo, ¿Cómo diseñar una parte que haga múltiples funciones?, no nada más cuando ya lo consolidé para reemplazar un ensamble o un subensamble por un componente integral. Pongo un ejemplo, intercambiadores de calor de múltiples fluidos con diferentes grados de eficiencia térmica en una sola pieza. Un solo elemento integral que responde a diferentes fenómenos. Por ejemplo, en Tesla han estado usando manufactura aditiva para consolidar funciones en el chasis estructural en un solo componente que es parte también de la carrocería, eso lo hacen con prensas gigantes pero la mentalidad es esa, como hacer piezas que tengan múltiples funciones y se ahorra más espacio y precio.
El caso de piezas de repuesto por impresión 3D en el sector automotriz
Regresando a la parte de repuesto o de “spare”, está el caso de Daimler Buses que está utilizando material A316 en el caso de piezas de repuesto. Así es, ese es un proyecto muy interesante porque abre un portal que ha sido una preocupación muy grande por muchos años, es cómo proteger tu propiedad intelectual.
Una vez que tienes el modelo 3D o activo digital fuera de tu sistema, está el riesgo de que se le pueda hacer mal uso, se pueda copiar, se pueda piratear. La industria se ha estado limitado en tener producción descentralizada de procesos aditivos. O en tener socios en lugares muy remotos porque hay poco control. No hay contratos de “non disclosure agreements”, son acuerdos o simplemente compromisos entre caballeros, pero finalmente no evitan si alguien quiere abusar o usar indebidamente el objeto en 3D.
Con la tecnología que incorporamos entre Daimler y 3D Systems, los modelos de 3D están encriptados y la licencia viene por otro camino. La licencia te permite abrir el objeto, pero no te permite ni modificarlo ni duplicarlo. Es como cuando existía el software y que requerías para arrancarle una cierta clave. Ahora es la pieza en sí digital o el activo digital o básico y ya trae embebido un numero clave. Así es. Y también se controla la cantidad de piezas que se están imprimiendo. Si quieres comprar 20 piezas, compras el STL protegido, y a la hora de imprimirlo, la impresora va a ir haciendo el conteo y cuando llegue al límite, ya se te acabó la licencia, tienes que adquirir más. Esa es la forma en que está protegiendo Daimler su producto, que estoy seguro de que se va a popularizar con más industrias que necesitan darles el soporte a sus clientes para tener partes y repuestos más rápidos sin tener que comprometer su propiedad intelectual de los diseños originales.
¿Beneficios en la implementación de manufactura aditiva en polímeros o de acero en el sector automotriz?
Las ventajas son muy comunes:
- La libertad de diseño que nos permite por ejemplo esa consolidación de partes, reducción de peso, algo que no se puede lograr tan fácil con procesos convencionales.
- La rapidez de tener partes de un día para otro o en un par de días en vez de semanas o meses.
- Poder tener la oportunidad de lanzar productos al mercado más rápido o reducir el tiempo de ciclo de validación de diseño.
- El almacén digital de inventario.
- Reducción de partes para crear componentes integrales.
- Ecológica, porque comparado con los procesos sustractivos, el desperdicio de material crea problemas de disposición de las virutas de acero o del desecho del plástico cuando en el proceso aditivo se usa sólo el material que se necesita para el objeto.
El costo de los equipos
A veces la empresa dice no le entro con la inversión del activo, del proceso, mejor lo quiero subcontratar. Sí, siempre, todo lo que es la industria es un negocio, y todo debe tener su propia justificación, y definitivamente el costo siempre es un punto en la toma de decisión.
La mentalidad normal es cuánto me cuesta la pieza convencional contra la pieza impresa en 3D. Estamos hablando de procesos diferentes en todos los costos. No va a ser una comparación justa o adecuada. Lo que tratamos de hacer con el sector es de educar cuánto beneficio en realidad existe. Al final el beneficio es el que te va a decir si funcionó o no. Acompañamos al cliente en el proceso de justificación ROI.
Por ejemplo, en el área de “Spare parts”. Tú tienes un vehículo de transporte que para ti es el que genera el ingreso. Tienes un camión de transporte y tener el camión parado por un día, una semana, esperando refacciones, te cuesta más que lo que cuesta la refacción entonces ahí es donde decides quiero ahorrarme dinero en la refacción, pero dejo de producir dinero por tener el equipo parado. Aquí es donde manejas esa ventaja. Es de cuánto vale para ti el tiempo de espera.
Los sistemas financieros y contables de las empresas no tienen métricos para esos intangibles. ¿Cuánto me ahorro de fletes? ¿Cuánto me ahorro de tiempo de espera? Generalmente los sistemas contables utilizan un métrico promedio ponderado al año. Esto es lo que gasto en traslados, esto es lo que pago de factura de partes y al final cada parte absorbe un porcentaje. Ese porcentaje no es un valor representativo ya cuando se va uno a partes individuales. Unas partes pagan más, otras menos. Los tiempos de espera tampoco se contabilizan apropiadamente. Cuando quieren hacer la justificación con las herramientas contables no están los datos a la vista para ver ese detalle.
Entrevista realizada durante el evento ExpoManufactura 2025 en Monterrey NL México.
Por: Sergio Alvarez, editor de 3DCadPortal, 1erPortal de información CAD/CAM/CAE
