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Un mercado que alcanzará en 2020 unos 16.000 millones de euros

Así cambiará el futuro con la impresión 3D

Entre las técnicas que están modificando notablemente los procesos industriales modernos está, sin duda, la impresión 3D.

Entre las técnicas que están modificando de forma notable los procesos industriales modernos, está sin duda, por sus amplias capacidades y posibilidades, la impresión 3D. Por ello, Executive Forum organizó a primeros de marzo un evento donde reunió a expertos sobre el tema, no desde un punto de vista teórico, sino práctico, bajo el título “Impresión 3D: Fabricando el Futuro”. Con un formato ágil de presentaciones y un grupo de ponentes tanto de la parte de los fabricantes como Stratasys, Renishaw y HP, además del doctor Pedro Martínez Seijas como un usuario experto en su aplicación o el conocimiento del INTA, con su ponente Santiago Martín. La impresión aditiva es un mercado en auge, que se espera alcance un volumen de unos 16.000 millones para 2020, pero que todavía tiene que hacer frente a varios retos, tanto a nivel de precio como de prestaciones para competir de igual a igual con tecnologías clásicas como la impresión de plástico o la mecanización de piezas. Sin duda, a medida que se vaya mejorando esta tecnología, hay un futuro no muy lejano que llevará de fábricas gigantes a fábricas pequeñas y personalizadas capaces de hacer frente a tiradas reducidas o adaptadas a necesidades cambiantes con gran eficacia. Y que podrán estar más cerca del cliente final, de manera que se logre también una reducción de costes de transporte, y mejores tiempos de respuesta.

El primer ponente, Santiago Martín del INTA, Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial adscrito a la Secretaría de Estado de Defensa del Ministerio de Defensa, habló sobre la fabricación e ingeniería aditiva, como un volumen de oportunidades. Aunque como experto en la materia, resaltó que no se trata de una solución universal, ni siquiera es una tecnología única. Y que, dependiendo del sector donde se vaya a aplicar, se requiere una tecnología diferente. Y es que hay diversas maneras de usar un material que se consolida en el momento. Y, además, se trata realmente de distintos tipos de materiales los que son utilizables en impresión 3D. Por ello, hay que buscar la aplicabilidad de la tecnología, o más bien, de las posibles tecnologías actualmente disponibles. Hay que definir roles y buscar la solución a la necesidad, y no intentar encajar una determinada tecnología con nuestras necesidades. Así que lo primero y fundamental “es estar formado e informado”. Y tener en cuenta que se necesita software de principio a fin. No sólo para el diseño, sino para la simulación y, desde luego, para el control del proceso de fabricación aditiva en sí mismo. Además, se requiere aplicar técnicas de ingeniería clásica, pero, a la vez, redefinir la metodología de fabricación, así como los materiales y herramientas empleados.

Impresión 3D: realidades y ficciones

Entre las falsas creencias que hay que evitar según Martín, no todo es posible en la impresión 3D. Igualmente, NO es una tecnología fácil, ni sencilla o barata. Y es que, en general, conlleva inversiones altas. Y cierto tiempo hasta hacerse con ellas y las herramientas asociadas. Y en muchos casos hay que descartar también se vayan a generar piezas totalmente terminadas. Es decir, que se necesitarán operaciones adicionales para completar la pieza, ya sea pulido, mecanización, tratamiento de la superficie, etc. En muchos casos, la impresión aditiva resultará complementaria a otros procesos de fabricación industrial. Así que hay que tener una visión global y conocer qué materiales deben emplearse. Como recalcó este experto, “una pieza en sí no vale nada”. “Lo que vale realmente son sus papeles de certificación, tanto a nivel materiales como procesos de fabricación”.

En cuanto a los materiales a emplear, Martín destacó y explicó el concepto de vóxel, es decir, “el volumen de control con propiedades diferenciales, conocidas y controlables”. Y es que con la fabricación 3D hay técnicas que permiten crear elementos heterogéneos con diferentes propiedades tanto visuales (color) como térmicas, eléctricas o de resistencia en las tres dimensiones de la pieza. El vóxel (del inglés volumetric pixel) es la unidad cúbica que compone un objeto tridimensional. Constituye la unidad mínima procesable de una matriz tridimensional y es, por tanto, el equivalente del píxel en un objeto 2D. Por ello, cada vóxel “es una pieza es una oportunidad espacial para hacer ingeniería”. Para lograrlo, indica que hay que usar un sistema que denomina C3D: Creer, Crear y Crecer. Con las tecnologías 3D disponibles, claro está. Y es que básicamente, recomienda que la ilusión y la formación con las mejores herramientas para la creatividad y el éxito.

La ponencia de Stratasys, de la mano de Thibaut Mathieu, responsable comercial de la compañía para España y Portugal, puso énfasis en el empleo práctico e industrial de la impresión 3D. Un dato interesante de uso de la impresión 3D está en que como un 76% de las empresas industriales no usan 3D, ni tienen previsión de hacerlo en un futuro cercano. El 24% restante se distribuye entre los que están experimentando con esta tecnología, un 11%, los que la usan de forma local, un 9%, y, por fin, el 4% que considera que es un elemento estratégico en sus procesos. La buena noticia para este sector es que se considera que habrá un crecimiento global de en torno a un 25% anual en el uso de impresión aditiva. Como en el caso de otros oradores del evento, Mathieu resaltó que no hay una tecnología única para todas las industrias y que, por tanto, no se puede generalizar su uso, ya que cada solución es diferente.

Una de las ventajas resaltables de la impresión 3D es que permite fabricar piezas únicas, mientras que con procesos tradicionales es complicado, y más costoso, fabricar menos de una docena. Por no hablar de las que requieren el empleo de un molde. Y así pasar de un tiempo de espera de semanas a días para tener la pieza. En algunos casos, estas técnicas permiten fabricar repuestos a medida y bajo demanda, mientras que en otros se usa para cubrir la necesidad de piezas personalizadas en cada elemento. Entre las aplicaciones más innovadoras están las relacionadas con las denominadas biomimics, en la cual se simulan estructuras biológicas complejas. Hasta ahora, la impresión clásica hacía que las piezas fueran compactas y con material homogéneo, así que, al cortar una sección, ésta tenía la misma textura que las capas externas. Gracias al uso de impresión avanzada, ahora se logran crear piezas con diferentes materiales y colores, de manera que se simule tanto la estructura ósea interna como la de la piel. Así como crear los huecos de las propias estructuras. Con lo que es posible crear prototipos que sirven para simular una operación compleja y practicarla sobre el modelo antes de proceder con el paciente. Un nuevo enfoque que reduce riesgos para el paciente y también acorta los tiempos de intervención, ya que muchas de las dificultades posibles han sido estudiadas, y resueltas, sobre el modelo antes de la operación.

Del avión a las piezas dentales

Un ejemplo del empleo en una industria tan exigente como la aeroespacial es el caso de Airbus, que fabrica anualmente unos 10 millones de piezas, de las cuales un millar se generan por fabricación aditiva. O el pujante mercado relacionado con la salud dental, donde el propio odontólogo puede fabricar a medida cada implante necesario para cada paciente. Lo cual ha hecho que el fabricante desarrolle una gama específica para este mercado, cuyo exponente más destacable es el modelo Objet30 OrthoDesk, una impresora básica para el sector dental con la comodidad de un equipo de oficina. Este modelo es capaz de fabricar de manera interna guías quirúrgicas, modelos de corona, aparatos de ortodoncia, bandejas de posicionamiento y férulas dentales, y modelos de dentaduras postizas/prótesis.

Como ejemplo de las innovaciones en el sector, Mathieu mencionó el Infinite Build de Stratasys, donde básicamente han girado 90 grados el proceso de impresión 3D, lo que, unido al empleo de un túnel de impresión, permite crear piezas de gran longitud, o el Continuous Build 3D Demonstrator, ideado como un sistema modular para colocar en paralelo varios bloques de impresión y así proporcionar un alto volumen de producción.

La interesante ponencia del doctor Pedro Martínez Seijas, médico-cirujano Oral y Maxilofacial y máster en Ingeniería Biomédica, quien desarrolla su actividad profesional a caballo entre San Sebastián y Vigo, se centró en las ventajas de la impresión 3D aplicadas al sector de la salud. Este médico es uno de los pioneros en trabajar con impresión 3D, campo en el lleva desde 2001 cuando inició sus primeros ensayos, y destaca que se trata de un trabajo multidisciplinar, pero que permite una medicina a medida, altamente personalizada. Una de las ventajas que aporta en su opción es que permite operar antes de operar. A través de escaneado e impresión 3D se crean biomodelos, es decir, copias anatómicas exactas, que reproducen cada caso, lo que facilita el estudio previo a una intervención quirúrgica y su planificación eficiente. Así como hacer prácticas con el material quirúrgico real con gran realismo y detalle en cada caso. Un método que no sólo ahorra tiempo del quirófano, sino que reduce el estrés del paciente y aumenta su seguridad. Y es que para el doctor Martínez, la seguridad clínica del paciente debe ser el centro de la atención sanitaria.

Precisamente las técnicas de impresión 3D aportan tranquilidad al paciente y su familia, ya que médico puede explicar de manera sencilla cómo vas a ser la operación, y cómo quedará el resultado final. Lo cual es importante en operaciones relacionadas con su campo. Y es que este especialista en cirugía oral y maxilofacial valora de forma muy positiva cómo estas nuevas herramientas influencian la labor del cirujano, pero a la vez facilitan la comunicación con su equipo y con el paciente. El cirujano se convierte así en el director de orquesta dentro de un trabajo multidisciplinar, donde anima a que los ingenieros, radiólogos y los médicos aprendan y utilicen un lenguaje común, de forma que se trate de un trabajo cooperativo con grandes ventajas. Su experiencia con más de 400 casos con biomodelos, 250 biomodelos físicos, 127 cirugías con pacientes mediante estos procedimientos, 84 prótesis moldeadas, mejorando la eficiencia del quirófano, y 16 cirugías guiadas avalan esta forma de trabajo. Hasta el punto de afirmar de manera categórica que “los biomodelos han llegado para quedarse”. Y con ello, otra forma de trabajo que permite realizar una medicina a medida.

Uno de los mitos de la impresión 3D es sólo vale para prototipos o pequeñas series y que resulta lenta y cara. La presentación de Jaume Homs, responsable de ventas para España y Portugal de la división 3D de HP, se centró en desmontar estas falsas creencias. Y eso que HP es un fabricante reciente en este campo, con apenas unos 9 meses, pero tiene claro que es un mercado importante, que actualmente se cifra en unos 5 a 6.000 millones actualmente, pero que para 2020-2022 alcanzará unos 19.000 millones. Y es que el foco de HP no es meramente tener una parte de la impresión 3D, sino de alcanzar una cuota significativa del mercado de fabricación, que tiene una dimensión mucho más importante, del orden de 12 trillones. Es decir, liderar una transformación de los analógico a lo digital, lo cual en parte ya han logrado, posicionando sus máquinas como sustitutos en algunos campos como rival de la tradicional impresión de plástico y mecanizado. Para lograrlo han tenido que eliminar las barreras que hay actualmente en el mercado, que se caracterizan por ser lentas, caras y de baja calidad.

Las impresoras que vienen

Las modernas máquinas de HP no sólo son más rápidas, como 10 veces más que la tecnología más veloz del mercado, con un coste por debajo de la mitad de las tecnologías más económicas, con una calidad de terminado superior. Y para piezas finales, listas para montarse en otros elementos como producto terminado. Lo cual les ha permitido entrar no sólo en fabricantes de automoción, sino en otros sectores que proporcionan herramientas y productos a otros fabricantes, tanto fresadores o inyectores de plásticos clásicos, complementando fabricación tradicional, así como en nuevas áreas de mercado.

Una de las claves del éxito es que HP no está solo en este campo, sino que se ha aliado con partners de software como, Autodesk, SAP o Siemens, de materiales, como Basf, Henkel, Arkema, SigmaDesign, Lehmann & Voss & Co y Evonik (además de los creados por la propia HP y, próximamente, Drexler y Lubrizol), o con la consultora Deloitte, especializada en transformación digital de empresas e industria 4.0, con la cual tienen en este campo una alianza a nivel mundial. Con todo ello, HP ha logrado un sistema de impresión que permite cubrir no sólo el mercado de prototipos, sino también el de producción industrial. Por tiempo, por precio y por volumen. Y es que fabricar un molde es un proceso que puede alcanzar hasta 16 semanas, y que no admite luego modificaciones posteriores, mientras que con fabricación aditiva se tiene capacidad para fabricar 10, 100 o 1.000 piezas e ir cambiando el producto si se necesita con gran facilidad.

Gracias a la nueva gama de impresoras, el punto de cruce entre la tecnología analógica y la digital respecto al coste unitario de pieza y el número de unidades fabricadas ha pasado a ser de hasta 55.000 unidades. Es decir, hasta o por debajo de esta cifra, es más económico imprimir la pieza que fabricarla mediante inyección. Sin tener en cuenta costes ocultos, como la imposibilidad de modificar la pieza o el mantenimiento de un inventario de piezas elevado, con su posible obsolescencia. Y están en curso mejoras que permitirán doblar esta cifra para 2019. La actual tecnología de HP, presente en sus modelos HP Multi Jet Fusion 3D 4200, es de creación capa a capa, mediante un polvo que se deposita de forma controlada, como las gotas de pigmento de una impresora de inyección de tinta. Derivado de otras tecnologías de HP, el cabezal, es capaz de disparar unos 30 millones de gotas por pulgada, con una precisión de 20 micras, lo que ofrece una elevada exactitud y definición. Sobre este polvo se depositan a su vez una serie de agentes, que le otorgan sus cualidades particulares, como color o textura, o su sensibilidad al endurecimiento. Gracias a esta tecnología capa a capa se logran rendimientos superiores a otras tecnologías, como el sinterizado o el filamento, que son punto a punto. Y es que, en una sola pasada (realmente dos o tres procesos, más aplicación de calor, pero que se hacen de forma consecutiva) se logran crear a la vez múltiples piezas en el área de fabricación, con el consiguiente rendimiento. Lo que conlleva una reducción de precio, además del incremento en la velocidad de fabricación.

Una de las mejoras con la fabricación aditiva es la capacidad de producir elementos con varias texturas y colores. De esta manera, por ejemplo, se fabrican piezas funcionales que, a medida que se van desgastando, muestran de forma visible un determinado color, lo que indica que está llegando al final de su vida útil. Los nuevos materiales, como las poliamidas, permiten diferentes tipos de compuestos, con propiedades adaptadas a necesidades concretas, como el empleo de esferas de vidrio para proporcionar mejor resistencia a la temperatura y mejor rigidez de piezas.  Y en breve también dos elastómeros, un TPA y una TPU, uno destinado a prototipos y el otro a piezas finales, y un polipropileno. El número de proveedores de materiales certificados se espera que siga creciendo, así como la diversidad de materiales de trabajo. Algunas aplicaciones posibles cubren desde la fabricación de piezas únicas o pequeñas tiradas, tanto como piezas adaptadas, como garras de robot adaptadas a diferentes necesidades, plantillas personalizadas para zapatos y pies, o incluso merchandising personalizado o en pequeñas series. Con los elastómeros se logrará la creación de gomas y calzado, además de aplicaciones de salud.

El responsable del área de ventas del fabricante Renishaw, Miguel Alcázar, destacó que “la fabricación aditiva nos va a aportar muchas soluciones, pero para conseguir llegar a ese punto debemos integrarlo en el proceso de producción”. Es decir, en línea con lo indicado por algunos oradores previos, que no se puede pensar en la impresión 3D como un proceso aislado, o simplemente para resolver una necesidad puntual, sino como una tecnología que se puede añadir a los procesos clásicos y, en algunos casos, ir sustituyéndolos. Renishaw es un fabricante británico, desde 1970, especializado en metrología, es decir, mediciones, y mecanizado de precisión, que ha desarrollado y patentado su propia gama de productos. No en vano invierte un 15-20% de su facturación, cifrada en el último año unos 605 millones de euros en I+D. Sus principales clientes están en el mundo de la automoción, incluso automoción de competición, industria aeroespacial, aeronáutico, energía, industria pesada, medicina y ciencias de la salud, análisis clínicos, fabricación de precisión e investigación.

La gama de este fabricante incluye no sólo grandes máquinas de producción aditiva, sino también el sistema de comprobación de las piezas fabricadas. Las piezas, una vez fabricadas, son verificadas de forma automatizada con precisión, de una en una, para ver que cumplen las tolerancias deseadas. Además, la información de medida se realimenta a la máquina de producción, para corregir eventuales desviaciones y reducir los defectos, de manera que no haya una producción fuera de la precisión necesaria. Un sistema que evita piezas rechazadas, con el consiguiente ahorro en la producción. Y de costes, ya que la revisión automatizada no sólo aporta una elevada precisión, sino que permite un

Dada la sofisticación de las máquinas de este fabricante, y su coste asociado, Renishaw ofrece no sólo el hardware, es decir las impresoras 3D, así como el software, sino que también dispone de los Solutions Center, distribuidos por todo el mundo, donde los clientes o potenciales clientes pueden iniciar un acercamiento a su tecnología y realizar las primeras pruebas sin necesidad de un desembolso elevado. Esto facilita que los interesados en la tecnología sean capaces de comprobar, con asesoramiento experto a su disposición, si esta se ajusta a sus necesidades sin realizar una importante inversión. En los Solutions Center, el fabricante pone a disposición de los clientes no sólo las máquinas de impresión, sino también facilidades de mecanización, tanto mecánico como con láser, así como asesores y acceso al software de diseño y control de los procesos.

En el campo de la impresión 3D, Renishaw ha diseñado y fabricado sistemas de fabricación aditiva para componentes de fabricación en distintos metales, mediante un proceso denominado fusión de capas de polvo metálico (o fusión por láser). Esta tecnología se denomina a veces fusión por capas, fabricación aditiva metálica, impresión 3D metálica, sinterizado láser o FA metálica. Las piezas así creadas pueden ser sólidas o contener elementos huecos, con o sin estructuras de entramados. Por ello sus máquinas son grandes elementos cerrados, para evitar que el entorno pueda sufrir exposición al polvo, que es absorbido y reutilizado en el interior, así como a la intensa luz del láser. En la parte de software, el fabricante ofrece lo que denomina una plataforma de parámetros abiertos, donde el cliente puede ajustar las características de los materiales que va a emplear, y el software contempla estas cualidades y características. La gama de software cubre desde los procesos de planificación y control de procesos (InfiniAM Central e InfiniAM Spectral), pasando por el software de preparación de la fabricación (QuantAM y Magics), así como un módulo de control óptico que es un sistema totalmente integrado para el control del alineador láser, que aumenta la precisión, la definición de características y el acabado de las superficies. A esto añaden otros productos, como el software NC-PerfectPart y NC-Checker de MSP, combinados con la sonda RMP600, que pueden confirmar la precisión del componente terminado antes de retirarlo de la Máquina-Herramienta e inspeccionarlo en una MMC.

 

One Response to Así cambiará el futuro con la impresión 3D

  1. Vicky 14 Agosto, 2018 at 13:45 #

    Es súper interesante esto de la impresión en 3D creo que es súper importante que las empresas comiencen a adaptarse a esta tecnología que ya ha llegado pues dentro de poco la demanda aumentará de manera exagerada.

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