La fabricación aditiva se ha convertido en una metodología cada vez más popular en los últimos años, a medida que las empresas se han esforzado por aumentar la eficiencia en la producción.
Según Mordor Intelligence, se prevé que el sector de la fabricación aditiva alcance los 63.46 mil millones de dólares en 2026, a medida que la innovación impulse una mayor adopción de esta tecnología.
Aunque, históricamente, los fabricantes han recurrido a diversas técnicas de mecanizado para producir piezas y componentes, algunos de ellos han ido más allá de este método de producción tradicional. Una de las principales tecnologías que han adoptado ha sido la fabricación aditiva.
Este método de fabricación utiliza diversas técnicas para crear productos mediante la superposición de finas capas de material, con lo que se obtiene un producto final impreso en 3D.
El proceso consiste en utilizar el diseño asistido por ordenador (CAD) para crear una versión digital del producto deseado. El software genera capas transversales del producto, proporcionando las instrucciones digitales que permiten a las máquinas crear productos en 3D a partir del material elegido (termoplásticos, metales, cerámicas, materiales bioquímicos, etc.). Por este motivo, la fabricación aditiva se conoce a menudo como «impresión 3D».
Cuando se desarrolló esta tecnología por primera vez, se utilizaban formas menos avanzadas de esta técnica para fabricar piezas únicas con el fin de orientar el desarrollo de productos, un proceso conocido como «prototipado rápido».
Tanto la impresión 3D como la creación rápida de prototipos se enmarcan técnicamente dentro de la fabricación aditiva y no son más que técnicas diferentes que incorporan la tecnología de impresión 3D en un entorno industrial. Analicemos con más detalle esta forma de fabricación de productos.
Tipos de procesos de fabricación aditiva
A lo largo de los años, los fabricantes han realizado importantes inversiones en diversas técnicas de fabricación aditiva para fabricar sus productos. Entre estas diferentes formas de fabricación aditiva se incluyen:
Extrusión de material: en este proceso, los fabricantes hacen pasar bobinas de un polímero termoplástico a través de una boquilla calentada. A medida que la boquilla se desplaza sobre la superficie de impresión, extruye el polímero fundido en capas siguiendo la trayectoria dictada por el diseño CAD y el software. Este método se conoce comúnmente como «modelado por deposición fundida» (FDM) o «fabricación por filamento fundido» (FFF) en la fabricación aditiva.
Las capas se secan a medida que la boquilla va depositando con precisión más material, hasta formar finalmente el objeto o producto deseado. En algunos casos, las capas no dependen del control de la temperatura para adherirse y secarse; en su lugar, el proceso puede requerir el uso de agentes de unión químicos.
Fusión en lecho de polvo: Este proceso engloba varias técnicas de fabricación aditiva que utilizan una fuente de energía intensamente concentrada dirigida hacia un lecho de material en polvo. Siguiendo las instrucciones del software, la intensa energía funde o sinteriza el material, formando un producto sólido.
Entre las técnicas de fusión en lecho de polvo se incluyen la fusión por haz de electrones (EBM), el sinterizado directo por láser de metal (DMLS), el sinterizado selectivo por calor (SHS) y el sinterizado selectivo por láser (SLS).
Impresión por chorro de aglutinante: Este proceso de fabricación aditiva utiliza un cabezal de impresión, material en polvo y un agente aglutinante líquido. La impresora se desplaza sobre la capa de polvo, depositando el agente aglutinante líquido sobre la posición del producto.
La plataforma se eleva, se esparce otra capa de polvo sobre ella y la impresora aplica más agente aglutinante. Al final, la pieza final queda firmemente asentada sobre el polvo no utilizado.
Deposición directa de energía: la técnica DED utiliza un láser, un haz de electrones o un arco de plasma para fundir el material a medida que se deposita sobre la plataforma de fabricación. Este proceso es similar a la soldadura de materiales para formar un objeto 3D sólido, pero a un nivel más granular.
Fotopolimerización en cubeta: Este proceso de fabricación aditiva abarca las técnicas de estereolitografía, procesamiento digital de la luz y procesamiento digital continuo de la luz. Consiste en exponer los fotopolímeros a radiación ultravioleta para solidificarlos. El método más habitual de fotopolimerización en cubeta es la estereolitografía (SLA), que utiliza láseres UV para curar una resina líquida.
Los fabricantes utilizan espejos para exponer de forma selectiva diferentes partes de la resina fotopolimérica con el fin de curar capas sucesivas, dando forma al producto 3D deseado.
Laminación de láminas: Esto abarca la fabricación aditiva por ultrasonidos (UAM) y la fabricación de objetos laminados (LOM). La primera es una técnica de bajo consumo energético y baja temperatura que utiliza la soldadura por ultrasonidos para unir capas finas de metal y formar así un objeto.
Esta última técnica utiliza capas alternas de papel y adhesivo para crear un objeto tangible, en el que suele primar la estética.
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Ventajas de la fabricación aditiva
Las principales marcas manufactureras de diversos sectores han adoptado la fabricación aditiva en diferentes ámbitos de la producción. Esto se debe a que este tipo de fabricación ofrece varias ventajas que la diferencian significativamente de la fabricación sustractiva tradicional. Entre estas ventajas se incluyen:
Diseños de productos complejos: Las técnicas de fabricación aditiva permiten a los fabricantes producir fácilmente productos de diseño complejo. En el entorno tradicional, las piezas con diseños complejos solían requerir un montaje manual u otros métodos para unir las piezas entre sí.
La fabricación aditiva es una forma eficaz de producir objetos 3D complejos en un solo ciclo, utilizando cualquier número de materiales diferentes.
Menor tiempo de fabricación: El mecanizado y otros métodos de fabricación requieren diversas herramientas para crear un producto 3D relativamente sencillo, lo que suele alargar el tiempo de producción. Por otro lado, la fabricación aditiva permite crear objetos en una sola pasada con una única impresora, lo que reduce el tiempo de producción.
Además, la fabricación aditiva requiere un archivo CAD en 3D para iniciar el proceso, a diferencia de la producción tradicional, que exige una preparación y fabricación de matrices muy exhaustivas y que requieren mucho tiempo.
Menos residuos: El proceso de mecanizado tradicional elimina una cantidad significativa de material de la pieza original para dar forma al producto final. Sin embargo, la fabricación aditiva utiliza solo el material necesario para crear el objeto, lo que se traduce en una cantidad mínima de residuos.
¿En qué sectores se utilizan las técnicas de fabricación aditiva?
Las empresas de diversos sectores industriales utilizan la fabricación aditiva de distintas formas. Por ejemplo:
Los fabricantes de productos sanitarios utilizan la impresión 3D para desarrollar productos con gran variedad de modelos, como los implantes dentales. Además, se pueden realizar diseños asistidos por ordenador a medida de cada paciente, lo que garantiza un ajuste más cómodo.
En la industria automovilística, las técnicas de fabricación aditiva han ido más allá de la creación rápida de prototipos y ahora se utilizan para fabricar piezas de automóvil resistentes y ligeras. Como resultado, los coches de gama alta pueden incorporar piezas de fibra de carbono más ligeras y resistentes para mejorar su rendimiento.
La industria aeroespacial y de defensa también utiliza la fabricación aditiva para fabricar piezas ligeras y resistentes. Al fin y al cabo, los aviones y los transbordadores espaciales deben soportar las fuerzas excesivas a las que se ven sometidos durante el despegue y el vuelo, y el uso de piezas compuestas impresas en 3D, fabricadas por capas, es una solución ideal para este uso específico.
Los fabricantes de productos discretos más habituales también utilizan técnicas de fabricación aditiva para acelerar el desarrollo de productos y la creación de prototipos, lo que reduce el tiempo necesario para pasar de un producto mínimo viable a la producción a gran escala.
Como se ha comentado a lo largo de esta entrada, la fabricación aditiva es, sin duda, una tecnología que ofrece importantes ventajas en distintos casos de uso, en función de las necesidades específicas de cada fabricante. Tulip con varios fabricantes que utilizan nuestra plataforma de operaciones de primera línea para ayudar a realizar el seguimiento y gestionar la producción de artículos impresos en 3D en las flotas de impresoras que utilizan Formlabs fabricantes de equipos originales como Stratasys.
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