La revolución en la cadena de suministros de componentes fabricados con composites

Aunque parezca increíble, no hace mucho la fabricación de piezas y componentes de composites era un proceso muy costoso y laborioso que hacía un uso excesivo de los recursos. Me refiero a cuando los fabricantes de estructuras de materiales compuestos, los fabricantes de equipos originales (OEM) y los proveedores de piezas no tenían más remedio que lidiar con los planteamientos tradicionales y sus numerosas limitaciones. Un tiempo en el que los fabricantes tenían que emplear materiales tradicionales como herramientas de aluminio, acero, invar o el costoso FRP (polímero reforzado de fibra), lo que implicaba plazos de entrega de varias semanas e incluso de varios meses si se trataba de herramientas más complejas y de mayor tamaño.

En aquellos días, esto hizo que los costes se dispararan con frecuencia hasta alcanzar las decenas de miles de dólares, incluso en el caso de geometrías de herramienta relativamente sencillas. A la larga, estas dificultades afectaban a los plazos de los programas de desarrollo e impedían la optimización de los diseños y la introducción de innovaciones en los productos. Además, las piezas resultantes eran pesadas y difíciles de manejar y almacenar.
Sé lo que están pensando: toda una pesadilla. Como sin duda sabrán, esto es todavía una realidad para muchas empresas y explica en parte por qué los costes de los aviones siguen siendo altos y por qué las piezas de materiales compuestos son tan caras.
Cuando hablamos de fabricantes de aviones, y dependiendo del programa, es posible que solo se necesiten unas pocas piezas de material compuesto. Por ejemplo, aunque solo hay unos doscientos aviones de combate F-22 en el mundo, el fabricante u OEM tiene que hacer una inversión importante en herramientas, tanto en términos de tiempo como de dinero, para producir una cantidad relativamente pequeña de piezas.
Y no solo eso, después hay que almacenar estas piezas durante años por si, en un momento dado, se necesitan piezas de repuesto. Sabemos de una empresa que almacena las herramientas en un parking abandonado situado detrás de su fábrica porque no tienen ningún otro sitio en el que guardar unos objetos tan grandes y voluminosos. En el peor de los casos, las compañías podrían invertir más de un año y cientos de miles de dólares en un molde o un mandril complejo y de gran tamaño que quizá solo utilicen unas pocas veces.
No debemos olvidar tampoco lo que sucede si se descubre que las especificaciones de diseño de esa pieza no son precisas o hay que modificarlas. En la época en la que trabajé en uno de los principales fabricantes del mundo, concretamente en el área de diseño y producción de góndolas para motores a reacción de aviones, había programas en los que el diseño de las piezas se bloqueaba con una antelación de hasta 12-14 meses. En caso de que haya un cambio significativo en el diseño, el impacto puede ser bastante grande, exigir modificaciones en las piezas que requieren mucho tiempo y son costosas, y provocar retrasos importantes en la entrega de las estructuras y, en consecuencia, en la fabricación del avión.

Impresión 3D para la fabricación de componentes de material compuesto
La buena noticia es que el proceso no tiene que ser tan complicado. De hecho, no lo es para un número cada vez mayor de fabricantes visionarios.
El sector de materiales compuestos avanzados necesita constantemente soluciones de herramientas innovadoras y la impresión 3D (fabricación aditiva) es sin duda una tecnología emergente que responde a esa necesidad. Algunos OEM y proveedores de primer nivel del sector aeroespacial llevan años utilizando la impresión 3D para la rápida producción de piezas de materiales compuestos de manera económica. Sin embargo, aunque hay varias tecnologías de fabricación aditiva, la atención se centra sobre todo en las basadas en la extrusión.
Una de ellas es la impresión 3D Fused Deposition Modeling (FDM), que crea piezas capa por capa mediante el calentamiento y la extrusión de materiales termoplásticos de una forma automatizada y muy controlada. La tecnología FDM permite producir rápidamente piezas para moldes de materiales compuestos muy eficaces en una amplia gama de tamaños y niveles de complejidad, que soportan temperaturas de curado superiores a los 180 °C en ciclos normales de autoclave (con presiones de consolidación que superan los 0,7 MPa).
En 2012, Boeing reveló que utilizaba tecnología FDM para las piezas de materiales compuestos en un documento técnico de SAMPE (Sociedad para el Avance de la Ingeniería de Materiales y Procesos) en el que se describían sus actividades para desarrollar una estructura de co-curado fuera de autoclave, compleja y de gran tamaño.
Para dar respuesta a las necesidades de las aplicaciones de piezas de materiales compuestos, hemos trabajado para mejorar las propiedades de los materiales y las prestaciones de la impresión 3D de Stratasys, en concreto la resistencia a la temperatura, para optimizar la oferta de piezas de materiales compuestos impresas en 3D.