La Fabricación Aditiva o Additive Manufacturing (AM) consiste básicamente en manipular material a escala micrométrica y depositarlo de forma muy precisa para construir un sólido. En el estudio, se describen los beneficios que tiene sobre los procesos convencionales de fabricación y se discuten los retos que aún se deben superar para conseguir aplicarla de forma exitosa en una gran variedad de sectores.
Aunque novedosas, son muy diversas las tecnologías que permiten fabricar piezas por este principio, lo que supone una nueva revolución industrial. La posibilidad de prescindir de utillajes, de reproducir cualquier geometría que el ser humano pueda imaginar (y dibujar), la inmediatez en la respuesta a la demanda cambiante del consumidor y otra serie de ventajas hacen del AM una auténtica pieza angular del futuro industrial en los países más desarrollados del planeta.
Fabricación de sólidos por adición de capas de material
En el último cuarto del siglo XX, surgieron las tecnologías AM, que se aprovechan de todo el conocimiento desarrollado en la era digital y que pueden superar sus limitaciones. En esencia, suponen un giro copernicano respecto a los procesos de construcción de piezas empleados hasta ese momento, ya que se pasa a fabricar por deposición controlada de material, capa a capa, aportando exclusivamente allí donde es necesario, hasta conseguir la geometría final que se persigue, en lugar de arrancar material (mecanizado, troquelado…), o conformar con ayuda de utillajes y moldes (fundición, inyección, plegado…).
De esta manera, se pueden clasificar los procesos de fabricación de piezas de la siguiente forma:
• Tecnologías conformativas: Utilizan preformas para obtener la geometría requerida (inyección de plástico y metales, PIM, sinterizado, colada al vacío, RIM, electroforming…).
• Tecnologías sustractivas: Obtienen la geometría requerida sustrayendo material de una geometría mayor (mecanizado, electroerosión, corte por agua, corte por láser…).
• Tecnologías aditivas (AM): Obtienen la geometría añadiendo material a partir de geometría virtual, sin uso de preformas (conformativas) y sin sustraer material (sustractivas).
Son muy diversas las técnicas de aplicación de AM (como la estereolitografía o el sinterizado selectivo) que permiten obtener piezas directamente de un archivo CAD 3D, imprimiéndolas de forma totalmente controlada sobre una superficie. Por ello, también se han empleado otros términos para referirse a ellas, como e-manufacturing (fabricación electrónica), Direct Manufacturing (fabricación directa) o Additive Layer Manufacturing - ALM (fabricación aditiva por capas).
Prácticamente en desuso está la taxonomía, que atiende al destino final de la pieza fabricada y que, en origen, servía para distinguir tecnologías de bajo nivel (prototipado) o de alto nivel (manufacturing):
• Tecnología de prototipado rápido o Rapid Prototyping (RP), si lo que se pretende fabricar es un prototipo, es decir, una pieza que sirve para validar o verificar un nuevo diseño, que posteriormente se llevará a producción, probablemente, con tecnología no aditiva (inyección, mecanizado…).
• Tecnología de fabricación directa o Rapid Manufacturing (RM), cuando se consigue la pieza final y el producto es, por lo tanto, plenamente funcional.
Dependiendo del uso y requerimientos finales de la pieza a fabricar, o de su cantidad, por citar algunos factores, debe ser el usuario quien decida emplear una tecnología aditiva para el prototipado rápido o para la fabricación final del producto. No obstante, es cierto que el término Rapid Prototyping (RP) es el más antiguo y que muchas tecnologías, inicialmente concebidas para hacer prototipos, han evolucionado hacia técnicas de fabricación de productos plenamente funcionales, gracias sobre todo al desarrollo de nuevos materiales de características mejoradas.
Además, el calificativo Rapid se ha replicado en otros términos, como Rapid Tooling, Rapid Casting y Rapid Manufacturing para nombrar las sucesivas aplicaciones de la fabricación aditiva a medida que iban apareciendo.
Existen, sin embargo, otras tecnologías de fabricación rápida de sólidos, que no están incluidas en el concepto de AM y no son objeto del estudio de Cotec, como el mecanizado en alta velocidad (HSM - High Speed Machining) o la deformación incremental de chapa (Dieless Forming), por poner unos ejemplos (Ilustración 1).
Con sus diferentes denominaciones, tipos y técnicas, las tecnologías AM, hoy en día, aún no se han implantado de una forma extensa en la industria, en parte porque se deben resolver algunas limitaciones del propio proceso, así como de elementos periféricos al mismo, pero también porque es bastante desconocida por los potenciales usuarios, que no son conscientes de las enormes ventajas que puede aportar frente a otros procesos en muchos nichos de mercado.
Ventajas y retos de futuro
Las principales características que distinguen el proceso de fabricación de sólidos por adición de capas de material (AM) de cualquier otro proceso de fabricación industrial y que le confieren enormes ventajas competitivas, se pueden resumir en dos y son las siguientes:
• La complejidad geométrica que se debe conseguir no encarece el proceso: Características como la esbeltez, un vaciado interior, canales internos, los espesores variables, las formas irregulares e incluso la reproducción de la naturaleza (persiguiendo ergonomía, aerodinámica, hidrodinámica, entre otros) son retos que los métodos convencionales (sustractivos y conformativos) de fabricación de piezas no han resuelto más que con aproximaciones, ensamblajes o por medio de procesos de muy alto coste, y que para el AM son, en muchas ocasiones, propiedades muy poco relevantes a la hora de fabricar una pieza.
• La personalización no encarece el proceso: AM permite fabricar productos, sin penalizar el coste, independiente de si se tiene que fabricar un determinado número de piezas iguales o todas distintas, lo que facilita la personalización, que es una de las principales tendencias actuales en el desarrollo de productos de alto valor añadido; la personalización en masa es uno de los paradigmas que persigue la industria en países desarrollados y que se considera clave para su sostenibilidad.
Estas dos características se pueden traducir en ventajas en muchos sectores industriales, que hacen que el AM sea el proceso más competitivo para la fabricación de piezas en muchas aplicaciones. De hecho, permite materializar ejecuciones que son simplemente imposibles mediante cualquier tecnología de fabricación (sustractiva o confirmativa) en diversas fases de la cadena de valor industrial:
• Desarrollo de nuevos productos (modelos conceptuales, prototipos).
• Obtención de útiles, patrones, moldes… en el proceso de industrialización y pre/series.
• Fabricación de productos finales.
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