El chasis completo del coche de Divergent3D está impreso en 3D. Hizo su debut público en el stand de SLM Solutions en Formnext 2018 en Frankfurt, Alemania, del 13 al 16 de noviembre.
Si tiene algún conocimiento práctico sobre la fabricación aditiva (FA), probablemente esté familiarizado con las boquillas de impresión 3D para la plataforma de motores Leap Jet de GE. La prensa especializada en negocios ha estado cubriendo esta historia desde 2012, ya que fue, de hecho, el primer caso ampliamente difundido de FA en acción en un entorno de producción real.
Las boquillas de combustible de una sola pieza sustituyen a lo que antes era un conjunto de 20 piezas. También debía tener un diseño robusto porque estaba expuesto a temperaturas de hasta 2400 grados Fahrenheit dentro del motor a reacción. La pieza recibió la certificación de vuelo en 2016.
Actualmente, GE Aviation cuenta con más de 16.000 pedidos de sus motores Leap. Debido a la gran demanda, la compañía informó que imprimió su boquilla de combustible número 30.000 mediante impresión 3D en otoño de 2018. GE Aviation fabrica estas piezas en Auburn, Alabama, donde opera más de 40 impresoras 3D de metal para la producción de piezas. GE Aviation informa que cada motor Leap tiene 19 boquillas de combustible impresas en 3D.
Puede que los directivos de GE estén cansados ​​de hablar de boquillas de combustible, pero esto allanó el camino para el éxito de la empresa en la fabricación aditiva. De hecho, todas las reuniones de diseño de nuevos motores comienzan con un debate sobre cómo incorporar la fabricación aditiva en los esfuerzos de desarrollo de productos. Por ejemplo, el nuevo motor GE 9X, que actualmente se encuentra en proceso de certificación, tiene 28 boquillas de combustible y un mezclador de combustión impreso en 3D. En otro ejemplo, GE Aviation está rediseñando un motor turbohélice, que ha mantenido prácticamente el mismo diseño durante unos 50 años, y contará con 12 piezas impresas en 3D que ayudarán a reducir el peso del motor en un 5 por ciento.
“Durante los últimos años, nos hemos dedicado a aprender a fabricar piezas de gran tamaño mediante fabricación aditiva”, declaró Eric Gatlin, jefe del equipo de fabricación aditiva de GE Aviation, ante el público reunido en el stand de la compañía en Formnext 2018 en Frankfurt, Alemania, a principios de noviembre.
Gatlin continuó calificando la adopción de la fabricación aditiva como un “cambio de paradigma” para GE Aviation. Sin embargo, su empresa no está sola. Los expositores de Formnext señalaron que hubo más fabricantes (OEM y Tier 1) en la feria de este año que nunca antes. (Los organizadores de la feria informaron que 26.919 personas asistieron al evento, un aumento del 25 por ciento con respecto a Formnext 2017). Si bien los fabricantes aeroespaciales han liderado el impulso para hacer de la fabricación aditiva una realidad en la planta de producción, las empresas automotrices y de transporte están viendo la tecnología de una manera nueva. Una manera mucho más seria.
En una conferencia de prensa de Formnext, el vicepresidente sénior de Ultimaker, Paul Heiden, compartió detalles sobre cómo Ford utilizó las impresoras 3D de la compañía en su planta de Colonia, Alemania, para crear herramientas de producción para el Ford Focus. Afirmó que la compañía ahorró alrededor de 1000 euros por herramienta de impresión en comparación con la compra de la misma herramienta a un proveedor externo.
Si los ingenieros de fabricación necesitan herramientas, pueden cargar el diseño en un software de modelado CAD 3D, perfeccionarlo, enviarlo a una impresora y tenerlo impreso en cuestión de horas. Los avances en el software, como la incorporación de más tipos de materiales, han contribuido a que las herramientas de diseño sean más fáciles de usar, de modo que incluso las personas sin formación pueden utilizar el software, dijo Heiden.
Tras demostrar Ford la utilidad de las herramientas y los accesorios impresos en 3D, Heiden afirmó que el siguiente paso para la empresa es abordar el problema del inventario de piezas de repuesto. En lugar de almacenar cientos de piezas, se utilizarán impresoras 3D para imprimirlas a medida que se soliciten. A partir de ahí, se espera que Ford observe el impacto que esta tecnología puede tener en la producción de piezas.
Otras empresas automovilísticas ya están incorporando herramientas de impresión 3D de formas ingeniosas. Ultimaker ofrece ejemplos de herramientas que Volkswagen utiliza en su planta de Palmela, Portugal:
Fabricada con una impresora 3D Ultimaker, la herramienta se utiliza para guiar la colocación de los tornillos durante el montaje de las ruedas en la planta de ensamblaje de Volkswagen en Portugal.
Cuando se trata de redefinir la fabricación de automóviles, otros piensan a lo grande. Kevin Czinger, de Divergent3D, es uno de ellos.
Czinger quiere replantear la forma en que se construyen los coches. Su objetivo es crear un nuevo enfoque utilizando modelado informático avanzado y fabricación aditiva para crear chasis más ligeros que los tradicionales, con menos piezas, mayor rendimiento y menor coste de producción. Divergent3D presentó su chasis impreso en 3D en el stand de SLM Solutions Group AG en Formnext.
El chasis impreso en la máquina SLM 500 consta de nodos autoajustables que encajan entre sí después de la impresión. Los responsables de Divergent3D afirman que este enfoque para el diseño y el ensamblaje del chasis podría ahorrar 250 millones de dólares al eliminar los costes de utillaje y reducir las piezas en un 75 por ciento.
La empresa espera vender este tipo de unidad de fabricación a fabricantes de automóviles en el futuro. Divergent3D y SLM han formado una estrecha alianza estratégica para lograr este objetivo.
Senior Flexonics no es una empresa muy conocida por el público, pero es un importante proveedor de componentes para empresas de los sectores de automoción, diésel, médico, petróleo y gas, y generación de energía. Representantes de la empresa se reunieron con GKN Powder Metallurgy el año pasado para analizar las posibilidades de la impresión 3D, y ambas compartieron sus casos de éxito en Formnext 2018.
Los componentes rediseñados para aprovechar la fabricación aditiva son las válvulas de admisión y escape para enfriadores de recirculación de gases de escape para camiones comerciales, tanto para uso en carretera como fuera de ella. Advanced Flexonics está interesada en ver si hay formas más eficientes de crear prototipos que puedan soportar pruebas en condiciones reales y posiblemente la producción en masa. Con años de experiencia en la producción de piezas para aplicaciones automotrices e industriales, GKN tiene un profundo conocimiento de la porosidad funcional de las piezas metálicas.
Esto último es importante porque muchos ingenieros creen que las piezas para ciertas aplicaciones de vehículos industriales requieren una densidad del 99%. En muchas de estas aplicaciones, ese no es el caso, según el director ejecutivo de EOS, Adrian Keppler, algo que el proveedor de tecnología de maquinaria y socio confirma.
Tras desarrollar y probar piezas fabricadas con material EOS StainlessSteel 316L VPro, Senior Flexonics descubrió que las piezas fabricadas mediante manufactura aditiva cumplían con sus objetivos de rendimiento y podían fabricarse más rápido que las piezas fundidas. Por ejemplo, el portal se puede imprimir en 3D en un 70 % menos de tiempo que el proceso de fundición. En la rueda de prensa, todas las partes involucradas en el proyecto reconocieron que esto tiene un gran potencial para la producción en serie futura.
“Hay que replantearse cómo se fabrican las piezas”, dijo Kepler. “Hay que ver la fabricación de otra manera. No se trata de piezas fundidas ni forjadas”.
Para muchos en la industria de la fabricación aditiva, el objetivo final es ver que la tecnología se adopte de forma generalizada en entornos de fabricación de alto volumen. A ojos de muchos, esto representaría una aceptación total.
La tecnología AM se utiliza para producir estas válvulas de entrada y salida para enfriadores de recirculación de gases de escape para camiones comerciales. El fabricante de estas piezas prototipo, Senior Flexonics, está investigando otros usos de la impresión 3D dentro de su empresa.
Teniendo esto en cuenta, los desarrolladores de materiales, software y maquinaria están trabajando arduamente para ofrecer productos que lo hagan posible. Los fabricantes de materiales buscan crear polvos y plásticos que cumplan con las expectativas de rendimiento de manera repetible. Los desarrolladores de software intentan ampliar sus bases de datos de materiales para que las simulaciones sean más realistas. Los fabricantes de maquinaria diseñan células que funcionan más rápido y tienen rangos de producción más amplios para procesar más piezas a la vez. Aún queda trabajo por hacer, pero existe un gran entusiasmo por el futuro de la fabricación aditiva en la producción industrial real.
“Llevo 20 años en este sector y, durante todo este tiempo, no he dejado de oír: ‘Estamos a punto de implementar esta tecnología en un entorno de producción’. Así que esperamos y esperamos”, declaró Paul Bates, director del Centro de Competencia de Fabricación Aditiva de UL, y añadió: “Pero creo que por fin estamos llegando al punto en que todo converge y está sucediendo”.
Dan Davis es el redactor jefe de The FABRICATOR, la revista de mayor circulación del sector de la fabricación y el conformado de metales, y de sus publicaciones hermanas, STAMPING Journal, Tube & Pipe Journal y The Welder. Lleva trabajando en estas publicaciones desde abril de 2002.
El Informe sobre Fabricación Aditiva se centra en el uso de tecnologías de fabricación aditiva en la producción industrial real. Actualmente, los fabricantes utilizan la impresión 3D para fabricar herramientas y accesorios, y algunos incluso utilizan la fabricación aditiva para la producción en grandes volúmenes. Sus historias se presentarán aquí.