Tendencias de innovación en fabricación aditiva

El auge de la fabricación aditiva o impresión 3D es uno de los desarrollos más fascinantes de la Industria 4.0. En su condición de oficina de patentes para Europa, la Oficina Europea de Patentes (EPO) se encuentra en una posición de privilegio a la hora de informar sobre el alcance y las implicaciones de esta tendencia tecnológica para la economía europea. En general, el ritmo de la innovación en las tecnologías de fabricación aditiva se ha acelerado drásticamente en los últimos años.

El auge de la fabricación aditiva (AM), más habitualmente conocida como impresión 3D, es uno de los desarrollos más fascinantes de la Cuarta Revolución Industrial. Aprovechando las tecnologías digitales más avanzadas para crear objetos de una complejidad inigualable en una variedad cada vez mayor de materiales (desde hormigón hasta células vivas), este enfoque revolucionario de fabricación está madurando rápidamente desde un nicho de mercado hasta convertirse en una fuerza disruptiva con impacto en las cadenas de valor de todo el mundo en una amplia variedad de sectores.
En su condición de oficina de patentes para Europa, la EPO se encuentra en una posición de privilegio para informar sobre el alcance y las implicaciones de esta tendencia tecnológica para la economía europea. Comenzó a hacerlo en 2020 con el primer estudio detallado sobre patentes y fabricación aditiva, que ofrecía información exclusiva sobre el rápido crecimiento de las solicitudes de patentes europeas en este ámbito. Tres años después, su nuevo estudio, titulado “Innovation trends in additive manufacturing - Patents in 3D printing technologies”, adopta una perspectiva global sobre la revolución de la impresión 3D, utilizando datos de patentes internacionales para resaltar los últimos avances en fabricación aditiva en todo el mundo y la posición de la industria europea en este campo en rápida evolución.
En general, las conclusiones apuntan a un mundo en el que el ritmo de la innovación en las tecnologías de fabricación aditiva se ha acelerado drásticamente en los últimos años. Entre 2013 y 2020, las solicitudes de patentes mundiales en tecnologías de impresión 3D crecieron a una tasa anual promedio del 26,3%, casi ocho veces más rápido que en todos los campos tecnológicos en su conjunto. Esta tendencia es visible en sectores tan diversos como las tecnologías médicas y sanitarias, el transporte, la energía y las máquinas-herramienta, con un impacto cada vez mayor también en la electrónica, los bienes de consumo, la construcción o la alimentación.
El estudio revela el liderazgo tecnológico de las empresas con sede en Europa en la competición mundial de la innovación en fabricación aditiva, junto con las de EEUU. Esto se refleja claramente en la lista de los 20 principales solicitantes de patentes de fabricación aditiva, en la que figuran siete empresas europeas de diferentes sectores. Las cifras de patentes de EPO muestran además que Europa ocupa cuatro de las diez primeras plazas de entre las instituciones de investigación en innovación en fabricación aditiva. Esto es un buen augurio de cara al futuro, ya que el progreso tecnológico en fabricación aditiva a menudo procede de investigaciones de vanguardia realizadas en universidades y organismos públicos de investigación.
Estos resultados confirman la fuerte dinámica de la innovación en fabricación aditiva y su impacto cada vez mayor en una amplia variedad de sectores industriales. Si bien es posible que Europa no siempre lidere en otras áreas de innovación digital, el estudio revela su fortaleza en fabricación aditiva. Esto hunde sus raíces en un vibrante ecosistema de investigación e industria y tiene potencial para reforzar los pilares industriales de su economía, establecidos desde hace mucho tiempo. “En el ámbito de la fabricación aditiva, Europa puede estar orgullosa de tener un futuro tan brillante”, afirma António Campinos, presidente de la Oficina Europea de Patentes (EPO).

Resumen ejecutivo
La fabricación aditiva (AM), también conocida como impresión 3D, es un revolucionario proceso que construye objetos tridimensionales añadiendo material capa por capa. En solo una década, ha evolucionado rápidamente desde su uso específico para el prototipado a una fuerza disruptiva que tiene impacto en las cadenas de valor en un número creciente de industrias. El progreso continuo en las tecnologías de fabricación aditiva sigue ampliando las posibilidades para una mayor personalización, una mayor eficiencia en la fabricación y una mayor complejidad en los diseños en dichas industrias. El estudio se vale de datos de patentes para arrojar luz sobre esas innovaciones, proporcionando así información temprana sobre las fuerzas que conformarán el futuro de la fabricación aditiva; Además, los datos son vitales para entender la evolución de la fabricación aditiva e identificar los actores clave que impulsan los avances. Los datos de las solicitudes de patentes brindan información valiosa sobre las tendencias de innovación en fabricación aditiva, y este estudio de innovación analiza las familias de patentes internacionales (IPF) para arrojar luz sobre el estado actual de la innovación en fabricación aditiva.

Impresionante aumento de la innovación en fabricación aditiva
Desde 2001 se han presentado en todo el mundo solicitudes de patentes de más de 50.000 familias de patentes internacionales (IPF) relacionadas con tecnologías de fabricación aditiva. Desde 2013, su número ha superado el registro de 2.000 al año, con una notable tasa de crecimiento anual compuesto (CAGR) de más de 26% durante dicho periodo (es decir, ocho veces la tasa compuesta anual de patentes en general). Solo en 2020 se publicaron solicitudes de patente para más de 8.090 IPF relacionadas con la fabricación aditiva, lo que representa más del 2% de todas las IPF.

Adopción más alta en salud, medicina y transporte
Si bien durante mucho tiempo la fabricación aditiva ha sido fundamental en el prototipado, ahora es cada vez más viable para la personalización en masa e incluso para la fabricación en serie. Ha logrado un impulso significativo en sectores como el de la salud y el médico, y el transporte (incluidos el aeroespacial y el automotriz). Solo en el sector médico y de la salud, se publicaron casi 10.000 IPF entre 2001 y 2020, ya que las capacidades de la fabricación aditiva resultan particularmente ventajosas para implantes, modelos anatómicos y aplicaciones dentales específicos de cada paciente. Con más de 7.000 IPF, el sector del transporte también está siendo testigo de los beneficios de la fabricación aditiva para el desarrollo de productos y el avance hacia la fabricación en serie. Además, están emergiendo valiosas aplicaciones en industrias como la moda, la electrónica, la construcción e incluso la alimentación.

Europa y EEUU están impulsando la innovación en fabricación aditiva
Europa y EEUU lideran la competición mundial por la innovación en fabricación aditiva. EEUU ocupa el primer lugar, con el 40% de todas las IPF relacionadas con la fabricación aditiva registradas entre 2001 y 2020. Europa (países de la UE y estados miembros de la EPO) le sigue de cerca, con una cuota del 33%. Juntas, estas regiones representan un impresionante 73% de la innovación en fabricación aditiva a nivel mundial. En comparación, las contribuciones de China y Corea del Sur siguen siendo relativamente pequeñas: 4% y 3%, respectivamente.
Dentro de Europa, Alemania es el mayor contribuyente, representando el 41% de la cuota europea, mientras que Francia se ha convertido en un actor destacado, con una contribución del 12%.

Las empresas estadounidenses, europeas y japonesas, a la cabeza
El análisis revela que la lista de los 20 principales solicitantes de innovación en fabricación aditiva está compuesta por seis empresas estadounidenses, siete europeas, seis japonesas y una surcoreana. Entre ellas, General Electric, Raytheon Technologies y HP destacan como las empresas con el mayor número de IPF entre 2001 y 2020. Siemens ocupa la cuarta posición y se perfila como el participante más poderoso de Europa, con casi 1.000 IPF. Aunque la lista de los principales solicitantes está dominada por grandes empresas internacionales de diversos sectores industriales, también incluye varias empresas de impresión 3D establecidas y start-ups que se encuentran más abajo en la lista. Esta variedad ilustra la rica y variada composición de contribuyentes que están dando forma activamente a la innovación en fabricación aditiva.

Fuerte presencia de universidades y PROs
Una proporción notablemente alta (aproximadamente el 12%) de las IPF en tecnología de fabricación aditiva tienen a las universidades y los organismos públicos de investigación (PRO) como solicitantes, lo que pone de manifiesto su destacada participación en el avance de este campo. Sin embargo, la presencia de universidades y PRO varía según las diferentes áreas de tecnología de fabricación aditiva. Particularmente en los ámbitos de aplicación relacionados con la salud y la medicina, sus contribuciones son dignas de mención. Una universidad o PRO está detrás de una de cada tres IPF asociadas al desarrollo de biomateriales y una de cada dos IPF para la impresión 3D de órganos y tejidos artificiales. Su participación no solo enriquece la base de conocimientos, sino que también fomenta avances innovadores en materiales, procesos y aplicaciones dentro del ámbito de la fabricación aditiva y proporciona una base para start-ups tecnológicas con un alto potencial de crecimiento.

Introducción
Pocos avances han generado tanto entusiasmo y potencial como la fabricación aditiva (AM), habitualmente conocida como impresión 3D. Esta tecnología revolucionaria ha progresado rápidamente desde sus primeras etapas de prototipado hasta convertirse en una fuerza disruptiva que tiene impacto en las cadenas de valor en diferentes industrias. A medida que el campo de la fabricación aditiva continúa evolucionando a un ritmo rápido, es cada vez más crucial realizar estudios sobre los últimos desarrollos dentro de este sector dinámico.
Utilizando datos de patentes como medida de la innovación, el estudio de la Oficina Europea de Patentes tiene como objetivo informar a los tomadores de decisiones en los sectores público y privado y al público en general sobre el marco tecnológico y las tendencias más recientes en la fabricación aditiva. El estudio se centra en las tecnologías que sustentan el auge de la fabricación aditiva y ofrece un escaparate a las últimas innovaciones de la fabricación aditiva que darán forma a la economía del futuro.

¿Qué es la fabricación aditiva?
La fabricación aditiva, también conocida como impresión 3D, es un proceso revolucionario que construye objetos tridimensionales añadiendo material capa por capa. A diferencia de las tecnologías de fabricación tradicionales, que a menudo implican procesos sustractivos como cortar o dar forma al material, la fabricación aditiva comienza con un diseño digital y crea directamente el producto final añadiendo material de forma controlada. Esta tecnología permite la creación de geometrías complejas e intrincadas que pueden resultar difíciles o imposibles de generar mediante métodos tradicionales.
Una diferencia clave entre la fabricación aditiva y las tecnologías tradicionales es el nivel de libertad de diseño que ofrece. Con la fabricación aditiva, los diseñadores tienen mayor flexibilidad y pueden crear fácilmente estructuras intrincadas, canales internos y formas orgánicas sin las limitaciones impuestas por los procesos de fabricación tradicionales. Esto posibilita la fabricación de productos altamente personalizados y a medida que satisfagan los requerimientos específicos o las preferencias individuales.
Otro factor diferencial es la reducción de material desechado y de uso de materiales. Las tecnologías de fabricación tradicionales suelen implicar un importante desperdicio de material debido a la necesidad de cortar, mecanizar o dar forma a las materias primas. Por el contrario, la fabricación aditiva construye objetos capa por capa, utilizando solo la cantidad necesaria de material para el producto final. Esto no solo reduce el desperdicio de material, sino que también supone un ahorro potencial de costes en términos de utilización de materia prima.
Además, la fabricación aditiva posibilita el prototipado rápido y acorta el ciclo de desarrollo del producto. Las tecnologías de fabricación tradicionales suelen implicar largos tiempos de instalación, ajuste y procesos productivos, lo que puede retrasar la disponibilidad de prototipos o nuevos productos. La fabricación aditiva, por otro lado, permite iteraciones rápidas de diseño y fabricación bajo demanda, lo que ofrece más rapidez en el desarrollo de productos y el tiempo de comercialización.
La fabricación aditiva es una tecnología digital porque se basa en archivos de diseño digitales y procesos controlados por ordenador para crear objetos físicos. Todo el flujo de trabajo, desde el diseño inicial hasta la producción final, se basa en datos digitales. Los diseñadores utilizan software de diseño asistido por ordenador (CAD) para crear modelos 3D, que posteriormente se convierten en instrucciones legibles mediante máquina que guían a las máquinas de fabricación aditiva. Esta naturaleza digital posibilita la personalización, las geometrías complejas y el prototipado rápido.
Por lo tanto, la fabricación aditiva es un importante impulsor de la Cuarta Revolución Industrial. Es un habilitador clave de la transformación digital en la fabricación, cerrando la brecha entre los mundos físico y digital. Integrando la fabricación aditiva en los procesos productivos, las empresas pueden lograr una mayor eficiencia, agilidad y capacidad de respuesta. Posibilita la fabricación bajo demanda, reduciendo los costes de inventario y logística. Además, la fabricación aditiva se puede integrar con otras tecnologías digitales como la inteligencia artificial, el Internet de las Cosas (IoT) y la analítica de datos para crear fábricas inteligentes que optimicen la producción, posibiliten el mantenimiento predictivo y faciliten la personalización de los productos.

Una tecnología madura con potencial disruptivo
La fabricación aditiva tiene el potencial de ser muy disruptiva desde una perspectiva tanto económica como empresarial. Una de las ventajas clave es su capacidad para reducir los costes asociados a las tecnologías de fabricación tradicionales. Esto se debe a que la fabricación aditiva elimina la necesidad de herramientas, reduce la cantidad de material desechado y posibilita procesos de producción más eficientes. Estos ahorros de costes pueden tener un profundo impacto en las empresas al mejorar su competitividad, permitiéndoles ofrecer productos más asequibles y, potencialmente, relocalizar las operaciones de fabricación.
Además, la fabricación aditiva permite una mayor libertad de diseño y personalización. Esto abre nuevas oportunidades de negocio, especialmente en el ámbito de los productos personalizados. Las empresas utilizan cada vez más la fabricación aditiva para fabricar productos personalizados, especialmente en las industrias de la salud y el deporte. Esta capacidad no solo mejora la satisfacción del cliente, sino que también permite a las empresas diferenciarse en el mercado. Al aprovechar la fabricación aditiva, las empresas pueden acceder a nichos de mercado, crear ofertas de productos exclusivas y establecerse como innovadoras en sus sectores respectivos.
El potencial disruptivo de la fabricación aditiva también se manifiesta en su impacto en las cadenas de suministro. La fabricación tradicional a menudo depende de cadenas de suministro largas y complejas, que implican múltiples proveedores y operaciones logísticas. Sin embargo, la fabricación aditiva puede optimizar la cadena de suministro al permitir la producción local y la fabricación bajo demanda. Esto reduce los plazos de entrega, elimina la necesidad de exceso de inventario y posibilita un sistema de producción más ágil y receptivo.
La fabricación aditiva tiene el poder de transformar industrias, desafiar los modelos comerciales tradicionales e impulsar la innovación. A medida que la tecnología continúa avanzando y volviéndose más accesible, se prevé que su impacto en la economía y las empresas crezca de manera significativa. Según las estimaciones disponibles, las ventas de componentes impresos en 3D y servicios relacionados han crecido a una tasa media del 25,6% en los últimos 34 años, y el tamaño del mercado de la industria de fabricación aditiva superó los 16.170 millones de euros en 2022. Hay una cantidad cada vez mayor de materiales disponibles con propiedades cada vez mejores, y la calidad de algunas piezas de fabricación aditiva ya iguala o incluso supera la calidad de las piezas producidas mediante métodos convencionales.
Si bien es una tecnología que evoluciona rápidamente, ya ha logrado avances significativos y ha logrado una adopción generalizada en diferentes industrias. La tecnología de fabricación aditiva se aplica ampliamente en el prototipado, lo que acelera el desarrollo de productos, pero también se utiliza para la producción industrial de piezas finales en las industrias aeroespacial, médica, eléctrica y energética, y en algunos mercados de consumo (arquitectura, calzado, equipamiento deportivo y gafas). Además, aún tiene un gran potencial sin explotar en los sectores de automoción, moda, alimentación y electrónica. A medida que la tecnología se expanda hacia nuevos materiales, sistemas de impresión y aplicaciones, se prevé que genere enormes oportunidades de crecimiento en toda la industria de fabricación, que tiene un tamaño de mercado de 14.720 millones de euros. Incluso aunque la fabricación aditiva solo captara un bajo porcentaje de este mercado, aún podría representar unos ingresos de cientos de miles de millones de euros.