La tecnología de Fabricación Aditiva (AM) permite la fabricación de productos personalizados con costes de desarrollo reducidos, tiempos de entrega más cortos, menor consumo de energía durante la fabricación y menor desperdicio de material. La AM se consolidará como tecnología líder en numerosos sectores en un futuro próximo debido a la madurez de la tecnología, el amplio abanico de posibilidades que ofrece la impresión 3D y el impulso institucional. Uno de los aspectos más importantes de la Industria 4.0 es la impresión 3D. Puede usarse para fabricar piezas complicadas y permite a las empresas reducir el inventario, desarrollar artículos bajo demanda, crear condiciones de fabricación localizada más pequeña e incluso acortar las cadenas de suministro. Se espera que la AM crezca rápidamente en el futuro gracias a su notable “récord de rendimiento”. Según un informe publicado, se prevé que el mercado de AM fabrique componentes y productos finales por un valor de 2 billones de dólares para el año 2030. De ahí la integración de tecnología inteligente y sistemas de fabricación. Indirectamente, se puede decir que la fabricación aditiva está impulsando la Industria 4.0 y desempeña un papel fundamental en la solución de algunas de las necesidades más importantes de la cuarta revolución industrial.
La fabricación aditiva es un paradigma futuro para los sistemas de fabricación futuristas, y la Industria 4.0 aprovechará su potencial para alcanzar objetivos fundamentales en la AM. La AM se puede encontrar hoy en día en una gran variedad de aplicaciones industriales, que incluyen desde la industria aeroespacial y el cuidado médico, hasta los bienes de consumo.
Fabricación aditiva
La fabricación aditiva, tal como lo define la ASTM y el Comité de Normalización ISO/TC 261, es un conjunto de tecnologías capaces de combinar materiales para construir un conjunto completo a partir de datos de modelos 3D desarrollados utilizando ciertas herramientas de software, generalmente capa a capa, en contraposición a los métodos de fabricación sustractiva. Sin embargo, antes de profundizar en la función de la fabricación aditiva, es importante comprender en primer lugar el concepto de Industria 4.0.
Aproximadamente desde 2014, la cuarta revolución industrial ha marcado el comienzo de una nueva era en la industria, la sociedad y la economía. Esto ha sido posible gracias al crecimiento exponencial de la tecnología y las tecnologías de la información y la comunicación (TIC) durante la década anterior, que ha dado lugar a la Industria 4.0. La Industria 4.0 es una tendencia actual en tecnologías de automatización inteligente que nació en Alemania, con el objetivo de mejorar la economía alemana. La aplicación de habilidades de fabricación modernas en el contexto de la integración de nuevas tecnologías de la información es fundamental para la competitividad económica en esta nueva era. La Industria 4.0 permite que los sistemas físicos y cibernéticos trabajen juntos de manera rentable, con el objetivo de crear industrias inteligentes replanteando el rol de los humanos.
IoT, Cloud Computing, Big Data y otros conceptos clave están relacionados con el mundo virtual, mientras que los Robots Autónomos y la Fabricación Aditiva se asocian a la esfera física. Internet de las Cosas se define como el enfoque de recopilación de información de elementos físicos a través de redes informáticas o enlaces inalámbricos acelerados en sistemas ciberfísicos. Los datos extraídos de productos, máquinas y líneas de fabricación suponen un volumen importante de datos estadísticos que deben transferirse y analizarse. Big Data es un término utilizado para describir esta enorme cantidad de datos, que es otro concepto clave en la Industria 4.0. Además, la computación en la nube, que se ocupa del procesamiento de todos los datos disponibles, es uno de los conceptos más importantes en el entorno industrial virtual. Cada una de estas cibertecnologías contribuye al uso eficiente de los datos existentes para la fabricación inteligente futura.
Tipos de fabricación aditiva
En la literatura del sector, se han estudiado los materiales usados (presentes y emergentes), la fabricación aditiva basada en energía o la fabricación aditiva basada en deposición de materiales y la materia prima empleada (que es un criterio ampliamente utilizado) para clasificar los procesos de AM. Las materias primas más utilizadas para la evaluación de costes, las recomendaciones de modelos de negocio y los procedimientos de sostenibilidad son el filamento y el polvo.
Pese a algunos problemas relacionados con su idoneidad para la fabricación en serie, el uso de la AM en la industria está creciendo como resultado de los desarrollos tecnológicos recientes. Puede ofrecer un método para reemplazar los procedimientos de fabricación tradicionales en un futuro próximo, ya que es una tecnología emergente a la hora de crear artículos complejos precisos y reforzados con mayor velocidad de producción. Con los avances en la tecnología de fabricación aditiva, se desarrollarán más tecnologías mejoradas. Debido a que los metales son el material más utilizado en la industria, el tema de la fabricación aditiva metálica ha atraído mucho interés en esta nueva etapa. Se han usado tecnologías más novedosas, como la pulverización en frío, para fabricar implantes biomédicos para cuerpos humanos y también para la fabricación de boquillas para cohetes, lo que requería mucho tiempo utilizando el enfoque de fabricación tradicional. Se utiliza para desarrollar un contorno de componente lo más cercano posible a la forma final manteniendo la tolerancia. La fabricación aditiva por pulverización en frío tiene un enorme potencial para cambiar el tamaño y la distribución de la Industria 4.0 con notables beneficios en sostenibilidad y con un impacto mínimo en el medio ambiente, ya que es una tecnología ecológica.
Además, se prevé que el futuro de la fabricación industrial conduzca a la industria hacia el enfoque de fabricación híbrida. Esta disciplina cada vez más popular proporciona una tecnología que combina tecnologías sustractivas y aditivas para fabricar productos mucho mejores con una calidad superficial mejorada, alta resistencia a la fatiga y otras características. El reto de aumentar aún más el rendimiento de la fabricación híbrida está indisolublemente ligado a la planificación avanzada de procesos, que integra diseño y producción. En este marco, se han diseñado algoritmos para organizar operaciones/secuencias de fabricación con parámetros adecuados mientras se optimiza el tiempo de fabricación y el consumo de material.
Es posible que se produzcan más mejoras en las tecnologías híbridas gracias a los avances en tecnología de la información y al uso eficaz de los datos disponibles tras la cuarta revolución industrial. Lo más probable es que la mayor calidad del producto satisfaga las necesidades de la industria en el futuro como resultado de procesos híbridos exclusivos y una buena planificación de procesos.
¿Por qué fabricación aditiva?
Se prefiere la fabricación aditiva a los enfoques de fabricación tradicional debido a sus beneficios insuperables. Pero estos beneficios solo pueden obtenerse con una estrategia de trabajo adecuada. Deben conocerse los beneficios y cómo afectan a la empresa a medida que esta desarrolla su enfoque. En primer lugar, hay que familiarizarse con las diferentes tecnologías disponibles y lo que cada una puede ofrecer, y posteriormente deben explorar las opciones. El prototipado rápido en la década de 1990 no es nada en comparación con la tecnología AM disponible en la actualidad.
Hay tres “Pilares de Asequibilidad” que puede proporcionar la fabricación aditiva en comparación con los enfoques tradicionales disponibles. La base de la estrategia de fabricación aditiva serán estos pilares.
Mapa de Flujo de Valor
En la mayoría de los casos, la fabricación aditiva emplea solo los materiales necesarios para la pieza, lo que da como resultado una reducción significativa de material desechado durante la fabricación. También evita los largos plazos de entrega asociados a la producción de moldes y artículos terminados en algunos materiales. La fabricación aditiva puede ayudar a las empresas a reducir los plazos de entrega y el desperdicio de material como parte del proceso de mapa de flujo de valor. Se puede reducir la ratio Buy-to-Fly a casi 1:1, en comparación con 30:1 en muchos otros enfoques. Cuando se trabaja con metales realmente costosos o preciosos, esto es clave, especialmente si los artículos son de edición limitada o de tirada corta. La fabricación aditiva puede reducir el número de etapas en un proceso de fabricación, tanto en la gestión de herramientas como en la fabricación directa, eliminando la necesidad de ensamblaje por parte de los operarios, hasta el punto de que se pueda imprimir totalmente la pieza completa.
Diseño para el desempeño
Cuando se realiza una modificación del diseño en una etapa avanzada del flujo de trabajo, especialmente después de que se haya realizado la disposición de las herramientas, los costes de esa modificación se disparan. Estos costes suelen ser bastante elevados, a menos que el producto presente graves defectos. Por lo tanto, no podrá adoptarse la modificación del diseño. Esto significa que no se incorporarán al producto pequeños ajustes de diseño, como características “agradables de tener”. Las tecnologías de fabricación aditiva pueden ayudar a resolver estos problemas proporcionando componentes y herramientas con plazos de entrega extremadamente cortos y la capacidad de incorporar fácilmente modificaciones de diseño. Por lo tanto, en lugar de evitar modificaciones de diseño, la organización puede concentrarse en crear el producto de alto rendimiento, que es posible sin tener que preocuparse por el impacto en los plazos y costes de fabricación. Como resultado, las empresas deberían poder atraer y retener más clientes satisfechos, lograr la devolución de menos productos y alcanzar una mejor reputación con productos de mayor calidad.
Reducción del volumen
Cada elemento utilizado en un conjunto requiere más fijaciones, pernos, pegamento y otros materiales, lo que aumenta el peso, el tamaño, el precio y la complejidad del conjunto. En términos generales, cuantos menos componentes haya en un conjunto, mejor será su rendimiento. Hoy en día, muchos materiales de fabricación aditiva son tan buenos que pueden igualar fácilmente el rendimiento y las especificaciones de los materiales tradicionales. Como resultado de la reducción del número de piezas, hay menos fijaciones en el conjunto, lo que implica menor peso y coste.
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