Fabricación aditiva na industria: construíndo a presente capa a capa

Imaxina un mundo no que a creación de obxectos complexos non require moldes nin ferramentas especiais, onde a personalización é a norma e a produción é máis eficiente que nunca. Non é ciencia ficción, é a realidade da fabricación aditiva, unha tecnoloxía revolucionaria que está a transformar a industria a pasos axigantados.

No dinámico panorama do desenvolvemento tecnolóxico aplicado á industria, a fabricación aditiva emerxeu nos últimos anos como unha forza revolucionaria capaz de transformar a forma na que o sector manufacturero crea, produce e compite.

A súa versatilidade é sorprendente e a súa influencia é transversal: dende a medicina ata a automoción, pasando polo téxtil e a industria aeroespacial.

Que é a fabricación aditiva?

Por fabricación aditiva entendemos o uso de técnicas de impresión 3D para a produción de bens e produtos. É un proceso de fabricación avanzado que se basea na construción de obxectos tridimensionais capa por capa, a partir de modelos dixitais.

A fabricación aditiva permite unha maior flexibilidade, eficiencia e versatilidade na produción de compoñentes e produtos que a fabricación substractiva, na que se elimina o material da materia prima para crear unha peza ou compoñente. Ademais, tamén nos permite fabricar deseños que non se poderían facer con métodos subtractivos.

A diferenza dos métodos de fabricación tradicionais, a fabricación aditiva non elimina material: engádeo de forma incremental para crear un obxecto.

Fases do proceso de fabricación aditiva

O proceso de fabricación aditiva xeralmente segue estos pasos:

Deseño dixital

Comeza coa creación dun modelo dixital 3D do obxecto que se vai fabricar. Isto pódese facer mediante software de deseño asistido por ordenador (CAD) ou dixitalizando un obxecto físico mediante técnicas como a dixitalización 3D.

Non obstante, a elección dun proceso específico de Fabricación Aditiva determina o tipo de deseño, moi diferente ao utilizado nos sistemas extractivos.

Preparación do ficheiro

O modelo 3D descompónse en capas individuais, o que resulta nun ficheiro dixital que contén información sobre cada capa e como debe imprimirse.

Esta é unha fase crítica dentro do proceso, xa que a viabilidade da fabricación, así como a calidade final da peza, poden depender da estratexia de planificación da traxectoria.

Impresión

O ficheiro cárgase nunha impresora 3D que executa as capas e comeza a fabricar o obxecto capa por capa. Isto faise mediante unha variedade de tecnoloxías que teñen as súas propias características e vantaxes e que veremos máis adiante.

Solidificación ou unión de capas

A medida que se deposita cada capa de material, solidificase coa capa anterior. Isto pódese conseguir aplicando calor, luz ultravioleta, láser ou outros métodos. Todo depende da tecnoloxía utilizada.

Finalización y posprocesamento

Unha vez rematada a impresión, poden ser necesarios pasos adicionais, como eliminar soportes materiais, lixar ou pulir a superficie e realizar outros procesos de acabado.

Tipos de Fabricación Aditiva

Existen varios métodos de fabricación aditiva, cada un coas súas propias características e aplicacións. Estes son algúns dos máis utilizados:

Directed Energy Deposition (DED)

É unha das técnicas máis avanzadas en fabricación aditiva en sectores como o aeroespacial ou a automoción. Emprega un material en forma de po ou fío que se deposita e funde aplicando enerxía térmica, que adoita ser a través dun láser, unha fonte de arco ou un feixe de electróns. A característica distintiva do sistema DED reside na súa capacidade para traballar en xeometrías non planas.

Esta versatilidade fai que sexa unha opción valiosa para diversas aplicacións industriais, desde a reparación e revestimento de pezas ata a fabricación de compoñentes complexos, de alta resistencia e de altas prestacións.

Fused Filament Fabrication (FFF)

É un dos tipos máis comúns de fabricación aditiva. No proceso FFF, un filamento de material termoplástico extrúese a través dunha boquilla quentada e deposítase capa por capa para construír o obxecto. É moi utilizado para prototipos, pezas de baixo custo e produtos domésticos. Porén, utilízase cada vez máis para a fabricación de pezas finais a través de impresoras industriais.

Stereolithography (SLA)

En SLA, un láser ultravioleta endurece unha resina fotosensible líquida capa por capa. Isto faise dentro dun tanque que está cheo de resina. É coñecida pola súa alta precisión e úsase en aplicacións que requiren detalles finos, como xoias, odontoloxía e modelos anatómicos.

Powder Bed Fusion (PBF)

Neste sistema, unha fina capa de material en po, como polímeros ou aliaxes metálicas, espállase uniformemente sobre unha plataforma. Despois, un láser ou fonte de enerxía similar funde o po, solidificándoo e creando capas sucesivas.

A característica distintiva do PBF reside na súa capacidade para producir pezas de alta calidade con precisión milimétrica, un enfoque especialmente apreciado en sectores como o aeroespacial ou a medicina, onde a demanda de tolerancias estritas é fundamental.

A versatilidade do Powder Bed Fusion maniféstase na súa capacidade para traballar cunha ampla gama de materiais, desde plásticos ata metais de alto rendemento. A súa popularidade na industria débese non só á súa precisión, senón tamén á súa eficiencia e á capacidade de producir compoñentes lixeiros e fortes.

Electron Beam Melting (EBM)

Semellante ao PBF, EBM usa un feixe de electróns en lugar dun láser para fundir os pos metálicos. Este método úsase principalmente para a produción de pezas metálicas en industrias como a aeroespacial e médica.

Binder Jetting

Un aglutinante líquido aplícase selectivamente ás partículas de po para unilas capa por capa. A miúdo úsase para facer moldes de fundición.

Laminated Object Manufacturing

En LOM, as capas de material (xeralmente papel, plástico ou metal) córtanse e sáldanse con calor e adhesivo. É axeitado para prototipado rápido e modelos a escala.

Material Jetting

Neste proceso, un cabezal de impresión deposita gotas de material líquido que se endurecen pola luz ultravioleta. É coñecido pola súa alta precisión e úsase en aplicacións que requiren detalles minuciosos e superficies lisas.

Bioprinting

Este tipo de fabricación aditiva céntrase na creación de tecidos e órganos utilizando células vivas. É unha tecnoloxía emerxente con potencial para revolucionar a medicina rexenerativa.

Vantaxes da fabricación aditiva

A fabricación aditiva ofrece varias vantaxes significativas, como a capacidade de crear xeometrías complexas, un desperdicio de material reducido, a personalización individual do produto e a creación rápida de prototipos de deseño.

Isto convérteo nunha poderosa ferramenta en diversas industrias, desde a medicina e a aviación ata a automoción e a arquitectura.

Vexamos estas vantaxes en detalle.

Deseño complexo y personalización

A impresión 3D permite a creación de deseños personalizados e moi complexos que serían difíciles ou imposibles de conseguir cos métodos tradicionais.

Reducción de residuos

A fabricación aditiva é un proceso aditivo, é dicir, só se utiliza o material necesario para crear a peza, reducindo significativamente os residuos en comparación cos procesos subtractivos.

Rapidez no desenvolvemento de produtos

A impresión 3D acelera o proceso de deseño e creación de prototipos, o que permite ás empresas levar produtos ao mercado máis rápido e realizar iteracións de deseño de forma máis eficiente.

Producción baixo demanda

A fabricación aditiva permite a produción de pezas personalizadas e en cantidades pequenas ou individuais, reducindo os custos de almacenamento e xestión de inventarios.

Aforro de peso

A impresión 3D permite a creación de estruturas lixeiras e optimizadas, o que é especialmente valioso nas industrias aeroespacial e da automoción, onde cada gramo conta.

Personalización en masa

A fabricación aditiva permite a personalización masiva dos produtos, atendendo ás demandas dos clientes de produtos únicos que se axusten ás súas necesidades específicas.

Redución de custos en ferramentas e moldes

A diferenza dos procesos tradicionais, a fabricación aditiva non require a creación de útiles e moldes caros, o que reduce os custos iniciais de produción.

Produción local e descentralizada

A impresión 3D pódese realizar localmente, o que permite unha produción máis descentralizada e uns custos de transporte reducidos.

Innovación e experimentación

A fabricación aditiva fomenta a innovación e a experimentación, levando á creación de novos produtos e solucións que doutro xeito non serían posibles.

É importante ter en conta que a elección da tecnoloxía de fabricación depende das necesidades específicas de cada proxecto e que, en moitos casos, a fabricación aditiva utilízase en conxunto cos métodos tradicionais para conseguir os mellores resultados.

¿Con que tecnoloxías pode combinarse?

A fabricación aditiva é unha tecnoloxía versátil. Pódese integrar e complementar con outras técnicas nunha ampla gama de aplicacións.

Aquí tes algúns:

Escaneo 3D

A combinación da fabricación aditiva coas tecnoloxías de dixitalización 3D permite a dixitalización de obxectos físicos existentes para a súa posterior reprodución. Isto é útil en enxeñaría inversa, deseño personalizado e restauración de obxectos antigos.

CAD (Deseño asistido por computadora)

O software CAD é esencial no proceso de deseño de modelos 3D para a fabricación aditiva. Os enxeñeiros e deseñadores usan programas CAD para crear modelos dixitais que despois se converten en ficheiros listos para imprimir en 3D.

Simulación e análise por elementos finitos

Permiten aos enxeñeiros analizar e simular o comportamento das pezas impresas antes da súa fabricación. Isto axuda a optimizar o deseño e garantir a resistencia e durabilidade do produto final. Así mesmo, utilízase cada vez máis para simular o propio proceso de fabricación da peza para optimizar as estratexias de fabricación.

Internet das Cousas (IoT)

A fabricación aditiva intégrase facilmente co IoT ao permitir a creación de carcasas personalizadas para sensores e dispositivos. Isto facilita a incorporación de sensores e produtos electrónicos nos produtos impresos en 3D.

Robótica

A impresión 3D úsase para crear compoñentes personalizados para robots e sistemas automatizados. Tamén se poden imprimir pezas de recambio ou actualizacións para robots existentes.

Intelixencia Artificial (IA)

A IA utilízase para optimizar os deseños xerados por algoritmos na fabricación aditiva. Isto pode dar lugar a xeometrías máis eficientes e solucións de deseño innovadoras.

Realidade Aumentada (AR) e Realidad Virtual (VR)

Estas tecnoloxías utilízanse para visualizar modelos 3D antes de imprimir e guiar o funcionamento das impresoras en tempo real.

Automatización e robótica de impresión

Os sistemas de impresión 3D pódense integrar con robots e sistemas de automatización para unha produción continua e sen supervisión. Isto é especialmente relevante na fabricación a gran escala.

Nanotecnoloxía e materiais avanzados

A nanotecnoloxía utilízase para desenvolver novos materiais e mellorar as propiedades dos materiais utilizados na impresión 3D. Isto amplía as posibilidades de aplicacións en sectores como a medicina e a electrónica.

Fabricación dixital e fabricación aditiva híbrida

Algunhas tecnoloxías combinan a fabricación aditiva con procesos de fabricación tradicionais, como o mecanizado CNC. Isto permite a creación de pezas con propiedades específicas e acabados de alta calidade.

Outras técnicas complementarias empregadas no post procesado

A fabricación aditiva utiliza outras técnicas na fase de postprocesado para mellorar as propiedades e os acabados das pezas producidas.

• Mecanizado CNC: O control numérico por ordenador permítelle refinar as superficies e axustar as tolerancias para obter acabados precisos e axustes finos.
• Recubremento: Aplicación de revestimentos ou revestimentos protectores que proporcionan propiedades físicas ou químicas ás pezas.
• Ataque químico: Úsase para modificar a superficie de pezas impresas, mellorando a rugosidade ou facilitando a adhesión dos revestimentos.
• Tratamento térmico: o revenido ou o temple mellora a durabilidade das pezas, adaptándoas a ambientes específicos ou requisitos de carga.
• Debinding: Elimina os aglutinantes presentes na parte impresa para garantir a súa integridade e calidade en fases posteriores do proceso.

10 aplicacións da fabricación aditiva

A fabricación aditiva revolucionou numerosas industrias ao ofrecer unha ampla gama de aplicacións prácticas.

Aquí tes dez exemplos destacados:

Prototipado e desenvolvemento de produto

A fabricación aditiva permite a creación rápida e rendible de prototipos funcionais e modelos conceptuais. Isto acelera o proceso de desenvolvemento do produto.

Aeroespacial

Na industria aeroespacial, as pezas impresas en 3D utilízanse para crear compoñentes máis lixeiros, reducindo o peso dos avións e mellorando a eficiencia do combustible.

Saúde e medicina

Desde próteses personalizadas ata modelos anatómicos e dispositivos médicos, a fabricación aditiva úsase para mellorar a atención sanitaria e a cirurxía personalizadas.

Automoción

Na fabricación de automóbiles utilízanse pezas impresas en 3D para crear compoñentes lixeiros, personalizados e optimizados, así como para fabricar prototipos de vehículos.

Industria dental

En odontoloxía, a fabricación aditiva úsase para crear coroas, pontes e aparellos de ortodoncia personalizados.

Arquitectura e construcción

A impresión 3D úsase para crear elementos arquitectónicos, modelos e compoñentes de construción, acelerando o proceso de construción e reducindo os residuos.

Industria militar e de defensa

As pezas impresas en 3D utilízanse para fabricar compoñentes críticos como drons, pezas de armas e equipos personalizados.

Alimentación

A impresión de alimentos en 3D utilízase para crear formas e decoracións culinarias personalizadas, así como para a produción de alimentos adaptados a necesidades dietéticas específicas.

Educación e aprendizaxe

A fabricación aditiva converteuse nunha poderosa ferramenta educativa para ensinar conceptos de deseño e tecnoloxía, que permite aos estudantes crear proxectos prácticos.

Industria da moda e o deseño

Na moda, utilízanse técnicas de impresión 3D para crear roupa e accesorios únicos, así como para prototipar deseños de moda.

Estes son só algúns exemplos das moitas aplicacións prácticas da fabricación aditiva. A súa capacidade para personalizar produtos, reducir custos e acelerar os procesos convérteo nunha ferramenta esencial nunha gran variedade de industrias, impulsando a innovación e a eficiencia na produción e no deseño.

Cara onde se dirixe a fabricación aditiva

A fabricación aditiva, ou impresión 3D, ten un futuro emocionante cheo de posibilidades nos próximos 10 anos.

Aquí tes algunhas perspectivas clave para mellorar e cara a onde se dirixe esta tecnoloxía:

Maior velocidade de impresión

Unha das limitacións actuais da fabricación aditiva é a velocidade de impresión. Espérase que nos próximos anos se desenvolvan tecnoloxías que permitan unha impresión máis rápida sen comprometer a calidade e precisión.

Ampla gama de materiales

A diversificación das materias primas utilizadas na fabricación aditiva é unha tendencia clave. Espérase que se desenvolva e adopte unha maior variedade, incluíndo plásticos de alto rendemento, metais e materiais compostos avanzados.

Melloras na escala de impresión

En lugar de utilizar pequenos compoñentes, a impresión 3D a gran escala estase facendo realidade. Isto ten implicacións na fabricación de pezas grandes, como compoñentes de avións e estruturas de construción.

Maior precisión e resolución

As melloras na precisión e resolución das impresoras 3D permitirán a creación de pezas aínda máis detalladas e complexas, ampliando as aplicacións nas industrias de xoiería, odontoloxía ou electrónica.

Fabricación aditiva híbrida

A integración da fabricación aditiva con tecnoloxías tradicionais, como o mecanizado CNC, converterase nunha tendencia crecente. Isto permitirá a produción de pezas con propiedades específicas e acabados de alta calidade.

Materiais sostenibles

Están sendo investigados materiais máis sostibles para a fabricación aditiva, incluíndo plásticos reciclados e biomateriais. Isto aliña a crecente conciencia ambiental e a demanda de solucións sostibles.

Impresión multimaterial

A posibilidade de imprimir con varios materiais nunha única impresión é outra tendencia para o futuro próximo. Isto permitirá a creación de estruturas e dispositivos máis complexos e funcionais.

Persoalización

A fabricación aditiva permitirá a produción en masa de produtos personalizados a prezos competitivos. Isto podería cambiar a forma en que se producen os produtos de consumo, desde zapatos ata dispositivos electrónicos.

Aplicacións médicas avanzadas

Espérase que a fabricación aditiva continúe avanzando na creación de tecidos e órganos impresos en 3D para transplantes e na produción de dispositivos médicos personalizados.

Exploración espacial e colonización

A fabricación aditiva xogará un papel importante na colonización doutros planetas, posibilitando a produción de ferramentas e estruturas críticas no espazo.

10 empresas que empregan con éxito a fabricación aditiva

A fabricación aditiva converteuse nun compoñente vital na estratexia de moitas empresas para a produción e comercialización de produtos.

Estes son algúns dos 10 que están a aproveitar esta tecnoloxía para competir no mercado:

General Electric (GE)

GE adoptou a fabricación aditiva na produción de compoñentes para motores de avións e turbinas de gas.

Boeing

Boeing utiliza a fabricación aditiva para producir compoñentes de avións, como soportes e pezas estruturais, reducindo o peso e mellorando a eficiencia do combustible.

3Dvarius y Aleph Guitar

Ambos producen instrumentos musicais personalizados, como violíns e guitarras.

Siemens

Siemens utiliza a fabricación aditiva na produción de compoñentes de turbinas e motores.

Dyson

Dyson utiliza a tecnoloxía para crear prototipos e compoñentes para aspiradoras e outros dispositivos domésticos.

Tesla

Tesla utilizou a fabricación aditiva para producir prototipos das súas pezas de automóbiles.

Protos Eyewear

Protos Eyewear utiliza a fabricación aditiva para crear lentes de sol personalizadas, permitindo aos clientes escoller o deseño, a cor e o axuste que queiran.

Nike

Nike adoptou a fabricación aditiva na produción de compoñentes personalizados para calzado e accesorios.

IKEA e Steelcase

Empresas como IKEA e Steelcase usan a fabricación aditiva para crear compoñentes de mobles personalizados, o que permite aos clientes deseñar e montar os seus propios mobles segundo as súas necesidades.

EnvisionTEC e Widex

Empresas como EnvisionTEC colaboran con fabricantes de audífonos, como Widex, para producir estes dispositivos mediante impresión 3D. Isto mellora o confort e a calidade do son para os usuarios.

O papel de AIMEN no desenvolvemento da fabricación aditiva

AIMEN, membro de ATIGA, é un dos centros de investigación líderes en España no desenvolvemento da fabricación aditiva. Especializada en innovación vinculada á fabricación avanzada, AIMEN desenvolveu proxectos orientados ao desenvolvemento da tecnoloxía de AM mediante robótica para a obtención de grandes compoñentes, así como mediante unha combinación ou modificación de materiais de partida, acadando propiedades funcionais específicas tanto en materiais de matriz metálica como poliméricos. .

Máis de tres expertos centrados na investigación en fabricación aditiva

As áreas de Procesos Avanzados de Fabricación e Materiais Avanzados de AIMEN contan cada unha cunha trintena de investigadores dedicados ao desenvolvemento de novas liñas de investigación.

A aposta polos procesos de fabricación asistida a través das técnicas DED e FFF permitiu a AIMEN integrarse na Rede de Excelencia en Fabricación Aditiva (READI), que busca acelerar a adopción da fabricación aditiva en contornas industriais e que presta os seus servizos ao sector aeroespacial, de consumo. bens, equipamento industrial, transporte ou industrias de ferramentas.

Este esforzo de investigación deu resultados. Nos últimos anos AIMEN liderou decenas de proxectos que permitiron que a fabricación aditiva evolucionase no ecosistema europeo. Un bo exemplo é o proxecto europeo Integradde, no que AIMEN liderou a 26 entidades de 11 países nunha iniciativa destinada a trasladar as innovacións na fabricación aditiva á industria e que contou con 17 millóns de euros de fondos europeos.

Outro exemplo é a integración de AIMEN no proxecto europeo AMable – Adoptive Manufacturing of Components and Tools for Batch-Additive Manufacturing -, unha rede na que se integran universidades e centros tecnolóxicos e que pretende promover a adopción de tecnoloxías avanzadas como a fabricación aditiva. no tecido empresarial do continente.

Os centros integrados en AMAble proporcionan asesoramento especializado e coñecementos técnicos a aquelas pemes que precisan de técnicas 3D para a elaboración de produtos innovadores. A rede evolucionou nunha comunidade activa onde os seus membros intercambian experiencias para afrontar retos vinculados a esta tecnoloxía e desenvolver proxectos colaborativos.

Líneas de traballo de AIMEN

Investigación

A área de Procesos Avanzados de Fabricación de AIMEN é unha referencia no desenvolvemento de técnicas de impresión 3D mediante PFA e MAVA e na optimización de parámetros de impresión para acadar compoñentes de alta calidade.

Deseño, prototipado e fabricación de grandes pezas

AIMEN traballa na creación e fabricación de prototipos funcionais de grandes pezas para empresas de diversos sectores, para o que utiliza técnicas de láser, arco de arame, FFF e cabezas robóticas.

Técnicas e procesos

Ademais de FFF, AIMEN tamén utiliza procesos DED na fabricación de metais para grandes compoñentes.

Desenvolvemento de novos materiais 

A investigación de AIMEN permitiu o desenvolvemento de novos compoñentes multimaterial, aliaxes nano-reforzadas, filamentos a base de biopolímeros e/ou reforzados con fibra continua e outros fabricados con material reciclado.

Formación e difusión

AIMEN ofrece programas de formación en tecnoloxías láser, modelado avanzado e outras disciplinas vinculadas á fabricación aditiva destinados a formar profesionais no uso eficaz desta tecnoloxía e favorecer a súa adopción na industria.