El nuevo lema de VDW (Asociación Alemana de Fabricantes de Máquinas-herramienta) es “Fabricación innovadora”. Es una llamada de atención a los expertos de todo el mundo que acudirán a EMO Hannover del 18 al 23 de septiembre de 2023. La feria profesional líder mundial en tecnología de fabricación tiene como objetivo brindar a los visitantes nuevas ideas inspiradoras para innovar en fabricación, incluyendo nuevas soluciones de impresión 3D de metal para la fabricación en serie.
La luz láser parpadea y crea un círculo plateado brillante en un lecho de polvo gris. Una boquilla roza silenciosamente el círculo, que ahora está nuevamente cubierto de polvo. Y así, el láser transforma capa tras capa de polvo en un componente conformado de alta complejidad. Sin embargo, actualmente se requieren 25 h para transformar el polvo de titanio en una estructura del tamaño de un sombrero para su uso en la industria de aviación.
Mejora a gran escala que acelera la impresión 3D de metal
Cualquiera que experimente con el proceso de impresión 3D de metal por primera vez seguramente quede fascinado. Sin embargo, hasta ahora no solo ha sido la lentitud de la estratificación lo que ha impedido la fabricación en serie, sino también la ausencia de sistemas de automatización, estrategias de digitalización y polvos metálicos personalizados.
El Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser ILT de Aquisgrán (Alemania) implantó el proceso de fusión de lecho de polvo basada en láser (LPBF) hace más de un cuarto de siglo. La invención fue patentada en 1996 y su importancia actual también se debe a su constante desarrollo desde entonces. Esto ha dado como resultado la creación de una máquina prototipo en Aquisgrán, cuya productividad aumentó de manera significativa multiplicando el número de rayos láser. El sistema puede imprimir componentes muy grandes, de hasta 800 x 1.000 mm, y con un grosor de hasta 350 mm. Mientras tanto, se han registrado algunos desarrollos significativos en la impresión 3D de metal.
Base para la fabricación en serie: un prototipo imprime un componente de turbina de Rolls-Royce
Un vídeo de YouTube muestra el prototipo en funcionamiento. El sistema de pórtico imprime un componente de turbina de Rolls-Royce de 300 mm de altura con un diámetro de 620 mm a partir de acero inoxidable. “Trabajamos ‘sobre la marcha’. El cabezal del proceso se mueve mientras los láseres vuelven a fundir el polvo, eliminando prácticamente todo el tiempo improductivo”, explica Tim Lantzsch, jefe del grupo de Ingeniería de Procesos y Sistemas de Fraunhofer ILT. “Se utilizan cámaras para monitorizar el proceso a fin de visualizar posibles interacciones entre los rayos láser y los subproductos. Se puede observar cuán estable y homogéneo es el proceso”.
El componente fue el tema central de la conferencia virtual del Centro Internacional para la Fabricación de Turbomaquinaria ICTM de Aquisgrán en febrero de 2022. Pero los procesos aditivos muestran potencial no solo para motores de aeronaves y turbomaquinaria estacionaria para la generación de energía; la industria de automoción también apuesta fuerte por la industrialización de la impresión 3D de metal. El Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania (BMBF) también lo reconoció y lanzó el proyecto Idam (Industrialización y Digitalización de la Fabricación Aditiva) en 2019. Se formó un equipo de proyecto encabezado por BMW Group, con sede en Múnich, con expertos de pequeñas y medianas empresas (pymes), grandes corporaciones e instituciones de investigación. El objetivo común de los 12 partners del proyecto fue revolucionar la impresión 3D de metal en el campo de la fabricación en serie de automóviles.
El proyecto Idam fue un éxito, como informó la oficina de prensa de BMW en mayo de 2022: “Hemos logrado industrializar y digitalizar la fabricación aditiva (AM) para los procesos de producción de la industria automotriz”. Se ha creado una línea de producción de impresión 3D totalmente automatizada y conectada a la red digital para la fabricación en serie de automóviles en el Campus de Fabricación Aditiva del Grupo BMW en Oberschleissheim. Otra línea está ubicada en GKN Sinter Metals Engineering GmbH, en Bonn. Según BMW, cada año, se pueden fabricar de manera rentable alrededor de 50.000 componentes intercambiables y más de 10.000 individuales y de repuesto utilizando el método LPBF. La receta del éxito fue que los participantes del proyecto han mejorado toda la cadena de procesos, desde el desarrollo y el diseño del componente 3D, la monitorización de procesos en línea y la evaluación de IA, hasta el gemelo digital.
El proyecto conjunto “Idea - Industrialización de la Ingeniería Digital y la Fabricación Aditiva” de BMBF es un partenariado basado en la colaboración entre varias empresas de una amplia variedad de sectores. Para finales de octubre de 2022, el líder del consorcio, Siemens Energy AG, de Berlín, y Toolcraft AG, una pyme de Georgensgmünd, cerca de Núremberg, habrán construido dos líneas automatizadas de fabricación aditiva para componentes metálicos que se utilizarán en turbomaquinaria y aplicaciones aeroespaciales. Su objetivo es mostrar que no solo las grandes corporaciones, sino también las pymes, pueden disfrutar del éxito económico con la fabricación aditiva de productos individualizados en pequeños lotes. El equipo interdisciplinario del proyecto, que reunió a expertos en ingeniería de turbomaquinaria, software, automatización, tecnología aeronáutica, láser y tecnología de impresión 3D, resultó ser un habilitador tecnológico.
Listo para la fabricación en serie pese a las estrictas normas de seguridad
¿En qué se diferencia el proyecto Idea de Idam? “A diferencia del proyecto Idam de BMBF, que se enfoca en la fabricación en serie de automóviles, Idea tiene que ver con la turbomaquinaria y la industria aeroespacial”, explica Thomas Laag, investigador asociado de Fraunhofer ILT: “La producción automotriz está configurada para cifras de unidades altas y tiempos de ciclo cortos, mientras que aquí las cifras de unidades son más bajas. Además, estos son componentes más grandes, cuyos tiempos de ciclo no son tan cortos y precisos como los de la industria automotriz”.
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