Industria 4.0: Técnicas de manufactura aditiva en metal

por: Marcos Echavarría Soto



El 2017 llega con importantes avances en el campo de la manufactura aditiva en metal para múltiples industrias.

Durante este año se ha continuado y profundizado en el crecimiento de tecnologías para impresión 3D, abarcando en los desarrollos máquinas, técnicas y materiales para esta finalidad. Uno de los indicadores que permite dar seguimiento a este constante crecimiento es el registro de patentes; conforme a la WIPO, durante el año 2015 se registraron 125 patentes referentes al tema y en lo que va de este año se tienen cerca de 97 patentes registradas. Con ello las grandes empresas avanzan en la carrera para proteger y explotar los desarrollos realizados.

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El rápido crecimiento de la manufactura aditiva fue impulsado, principalmente, por la industria médica, quien veía en estos desarrollos una excelente posibilidad para la fabricación de ortesis y prótesis.

La base de la fabricación aditiva es la elaboración de objetos en capas a partir de un diseño digital modelado en 3D. Dichas capas están hechas de un material en polvo que una vez depositado sobre la superficie de fabricación, es solidificado por medio de un láser, dando como resultado una pieza de alta calidad producida a un coste significativamente bajo.

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La llegada de los sistemas de fusión en lecho de polvo metálico depositado capa a capa, ha permitido desarrollar tecnologías para este tipo de fabricación, como el Laser Metal Fusion o fusión de metal por láser, Laser Metal Deposition (también conocido como Laser Cladding) o soldadura de recargue por láser, y Electron Beam Melting o sinterizado de polvo metálico por haz de electrones.

Una de las ventajas compartidas por estas tecnologías es el considerable ahorro en costes de producción. Según Omar López; miembro del Laboratorio de Manufactura Avanzada de la Universidad Autónoma de Nuevo León, México, si actualmente la fabricación tradicional provoca un desperdicio de 90% de materia prima, la manufactura aditiva solo reporta un 4%, generando un ahorro del 96% restante.

Además, en términos de calidad y tiempos de producción, López aseguró que la impresión 3D en metal es mucho más eficiente pues no requiere tratamiento térmico y las piezas resultantes pueden alcanzar un 99.9% de densidad, con mejores propiedades mecánicas que las obtenidas en métodos de forja y fundición.

No obstante, la tecnología de Laser Cladding o Laser Metal Deposition cuenta con ventajas adicionales, pues permite elaborar piezas desde cero o sobre un componente metálico ya fabricado, lo cual posibilita su aplicación para mejorar o restaurar piezas; solucionar problemas de porosidad, distorsión térmica o dificultades en el procesado; brindar un recubrimiento de protección al desgaste, entre otras.

Además, permite el uso de varios depósitos de polvo a partir de los cuales es posible crear aleaciones personalizadas según el caso, con materiales como el Níquel, Cobalto, Aluminio, Cobre, Titanio, Aceros inoxidables, Tungsteno, Cromo, Silicio, Bronce y metales preciosos como el Oro, la Plata, el Platino y el Paladio.

Actualmente, dentro del panorama de la manufactura aditiva a nivel mundial encontramos que empresas como General Electric, Airbus o Boeing, imprimen turbinas en 3D; United Technologies y Stratasys ya están implementando la manufactura aditiva a base de extrusión; mientras que en Europa, Bosch logró patentar un dispositivo de extrusión de materiales termoplásticos y Rolls Royce lanzó su nuevo automóvil Phantom, creado con más diez mil partes impresas en 3D.

En Estados Unidos, Hamilton Sunstrand patenta métodos de fabricación aditiva con aleaciones de aluminio; Alcoa Inc. cuenta con una planta de producción de polvo de metales para impresión 3D y Caterpillar desarrolla un método de soldadura de un consumible. En China surge una patente de polvo metálico para impresoras 3D; mientras en Japón, la empresa Sodick divulga una nueva impresora 3D de metal y Mitsubishi trabaja en la manufactura aditiva de semiconductores LED y dispositivos para laminación.

La empresa sueca de aceros Uddelholm ha desarrollado el corrax AM, un acero herramienta que logra durezas de hasta 50HRc, buena estabilidad dimensional, resistencia a la corrosión y un acabado superficial que lo hace ideal para moldes de inyección de plástico, partes de ingeniería y procesamiento de polímeros.

En el panorama latinoamericano, el país que se destaca es México, con el desarrollo de la primera máquina híbrida para la impresión de 3D en metal o maquinado de Control Numérico Computarizado (CNC), realizada por Industrias Viwa en colaboración con las empresas estadounidenses Optomec y Centroid Corporation.

Lo anterior es un rápido recuento de lo que está pasado en el mundo en materia de manufactura aditiva, cuyo ritmo de innovación en métodos, equipos y materiales, ha generado grandes expectativas en un futuro cercano. Según Roland Berger, se estima que en 2020 el mercado mundial de la fabricación aditiva será de entre 12 y 20 mil millones de euros, mientras que Mckinsey estima una ganancia de unos diez billones de dólares anuales entre 2030 y 2035.

Dada la cantidad de patentes registradas en lo que va de este año, y el ritmo de crecimiento de los métodos de fabricación aditiva en metal, Gartner estima que en 2020 un 75% de las operaciones de fabricación mundial integrarán herramientas impresas en 3D.

La perspectiva es positiva para Europa, Estados Unidos, China y Japón, pues son quienes han liderado los avances hasta el momento en materia de manufactura aditiva a nivel mundial. No obstante, México es un claro ejemplo del potencial que tiene Latinoamérica para insertarse en la dinámica de la industria 4.0, proponiendo mejoras a los actuales métodos de fabricación aditiva y desarrollando aplicaciones innovadoras que impulsen el crecimiento económico local.

Marcos Echavarría

Gerente General Asteco S.A.

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