Del concepto a la creación: Cómo la fabricación aditiva está dando forma al mecanizado
Conozca cómo la fabricación aditiva está transformando la industria del mecanizado mejorando la eficiencia, reduciendo costes y permitiendo diseños innovadores en varios sectores.Los métodos de fabricación tradicionales, aunque sobradamente probados, a menudo encuentran obstáculos para satisfacer las demandas de la producción moderna de piezas de trabajo.
Los jefes de producción, en particular, se enfrentan a la complejidad de producir piezas con geometrías exigentes, lo que puede conducir a tiempos de entrega prolongados, mayores costes de herramientas y mayores niveles de desechos. Para los técnicos de aplicaciones, las limitaciones de la fabricación sustractiva pueden obstaculizar su capacidad para realizar diseños totalmente innovadores. Las restricciones impuestas por los procesos de mecanizado a menudo requieren compromisos de diseño, lo que limita el rendimiento y la funcionalidad del producto.
Ahí es donde entra en escena la fabricación aditiva (AM). La AM, a menudo conocida como impresión 3D, es un proceso en el que se crea un objeto tridimensional añadiendo capas sucesivas de material capa a capa. Este método se opone a los de fabricación tradicional que implican la eliminación de material de un bloque más grande para crear la forma deseada.
La AM, una tecnología de nicho, está ganando fuerza en varios sectores, desde el aeroespacial y la automoción hasta la salud y las herramientas. Su potencial para crear geometrías complejas y optimizar el uso de materiales ha captado la atención de los fabricantes de todo el mundo, resolviendo desafíos en diversas industrias:
Por ejemplo:
En la industria del automóvil: La producción de componentes con canales internos complejos para refrigeración o refuerzo estructural puede ser extremadamente lenta y costosa utilizando métodos tradicionales. Esto no solo afecta a los costes de producción, sino que también retrasa el tiempo de comercialización. Por ejemplo, un estudio de McKinsey & Company reveló que los problemas relacionados con las herramientas pueden representar hasta el 40% de los retrasos de producción en la industria automotriz, lo que dificulta el tiempo de comercialización y reduce la rentabilidad general.
- En el sector aeroespacial: Crear componentes ligeros, pero estructuralmente sólidos con estructuras intrincadas de celosía o canales internos de refrigerante, a menudo es poco práctico con la fabricación tradicional. Esto restringe la optimización del diseño y aumenta el tiempo de producción. Un estudio de la NASA revela que la fabricación aditiva podría reducir el peso de los componentes de los aviones hasta en un 40%, lo que conllevaría un ahorro significativo de combustible. El proyecto RAMPT en el Centro de Vuelo Espacial Marshall de la NASA ha entregado materiales compuestos que demuestran un ahorro de peso del 40% en comparación con las cámaras de combustión bimetálica convencionales.
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- En el sector médico: La fabricación de implantes personalizados o herramientas quirúrgicas con contornos precisos y superficies porosas para su integración en tejidos humanos es un proceso exigente y costoso utilizando métodos convencionales. Esto puede limitar la atención y aumentar la complejidad del procedimiento. Sin embargo, la fabricación aditiva puede contribuir a un enfoque más sostenible y respetuoso con el medio ambiente de la fabricación en el sector biomédico y sanitario .
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- En el sector de la ingeniería general: Producir herramientas complejas o moldes con hendiduras o canales de refrigerante complejos puede llevar mucho tiempo y resultar costoso. Esto afecta a la eficiencia de la producción y a la calidad del producto. Con la AM, los técnicos ya no se ven limitados en cuanto a maquinabilidad, pudiendo explorar nuevas formas y funcionalidades. Esto abre las puertas a una mayor ligereza, un aumento de la fuerza y a un rendimiento mejorado.
La AM ofrece un enfoque transformador de la producción, presentando numerosas ventajas con respecto a los métodos tradicionales. Su capacidad para crear geometrías complejas con precisión y sin las limitaciones de las herramientas es un cambio notable para aquellos sectores que requieren componentes intrincados. Sin embargo, este método de fabricación viene con su propio paquete de exigencias.
En el campo médico, la AM brilla en la producción de piezas con una alta complejidad con propiedades únicas, como implantes porosos para la integración ósea o componentes que requieren estructuras internas. En el sector aeroespacial, los fabricantes pueden producir componentes con canales internos de refrigerante o estructuras de celosía, de otro modo inimagibables con el mecanizado convencional. Sin embargo, estos beneficios tienen un alto coste, por lo que es fundamental evaluar los requisitos específicos de cada proyecto para determinar si la AM es la estrategia más adecuada.
Mientras que la AM permite desarrollar formas complejas y obtener soluciones personalizadas, los tiempos de producción pueden resultar más largos en comparación con los métodos tradicionales, lo que la hace menos adecuada en aplicaciones de gran volumen. Este equilibrio entre complejidad y eficiencia debe ser estudiado minuciosamente para encontrar el equilibrio adecuado entre los requisitos de su proyecto y las capacidades del método.
La AM puede trabajar con diversos materiales, como polímeros, metales, cerámicas, espumas, geles o incluso biomateriales. Sin embargo, la gama sigue siendo limitada en comparación con los procesos de fabricación tradicionales. Es posible que ciertos materiales no sean adecuados para la AM debido a sus puntos de fusión, propiedades químicas o características físicas. Además, las propiedades del producto final, como su resistencia, durabilidad y acabado superficial, pueden verse afectadas por la elección del material. Mientras que materiales como Inconel, titanio y cromo-cobalto pueden ofrecer propiedades deseables en casos específicos, su coste puede afectar los gastos generales de producción.
Al considerar el uso de la AM para un proyecto, es importante evaluar varios factores clave:
- Complejidad del diseño: La AM permite la producción de diseños complejos e intrincados que pueden no ser factibles con los métodos de fabricación tradicionales. Si su proyecto requiere geometrías complejas, estructuras internas o diseños personalizados, la AM puede ser su opción.
- Volumen de producción: La AM suele ser más rentable para bajos volúmenes de producción. Esto se debe a que no requiere las costosas herramientas y la configuración que sí necesitan los métodos de fabricación tradicionales. Sin embargo, para la producción de gran volumen, los métodos tradicionales pueden ser más eficientes y rentables.
- Requisitos materiales: La AM puede utilizar una amplia gama de materiales, incluyendo plásticos, metales y cerámica. Es importante considerar los requisitos de material de su proyecto, ya que no todos los materiales pueden ser adecuados para la fabricación aditiva.
- Plazos de entrega Mientras que la AM puede acelerar significativamente el proceso de creación de prototipos, el tiempo de construcción puede ser más largo que los métodos tradicionales, especialmente para aplicaciones de gran volumen.
- Valoración de los costes: La inversión inicial en equipos de AM podría ser alta, mientras que el coste por unidad también es generalmente más alto que con el mecanizado tradicional, especialmente para la producción de gran volumen.
A medida que la tecnología de fabricación aditiva continúa avanzando y la ciencia de los materiales se expande, veremos más innovaciones y aplicaciones novedosas.
Expansión material: El desarrollo de nuevos materiales compatibles con la AM, como aleaciones a alta temperatura y materiales funcionales, abrirá nuevas posibilidades en diversos sectores industriales.
A pesar de sus expectativas, la AM todavía debe hacer frente a retos que cabe abordar para su adopción de manera generalizada. Así, la colaboración entre fabricantes y proveedores como Seco serán esenciales para liberar todo el potencial del proceso de fabricación aditiva.
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