La fabricación aditiva en la Industria 4.0: Si puedes soñarlo, ¡puedes imprimirlo! (en 3D)

La tecnología de fabricación aditiva o como se conoce comúnmente como la “Impresión 3D”, está llegando muy rápidamente a su madurez

Hace algo menos de veinte años comenzó a surgir la digitalización y la aparición  del denominado “Internet”, el cual era todavía una novedad para la mayoría de nosotros. Sin embargo, en muy corto espacio de tiempo, tecnologías como los smartphones o tablets, el Internet de las Cosas, la robótica o la conocida “nube” (basada en la tecnología del cloud computing), entre otras muchas tecnologías disruptivas, han cambiado prácticamente todos los aspectos de nuestra vida. Convirtiéndose, todo ello, en el motor precursor de lo que conocemos hoy en día como la Industria 4.0

Pocos podían prever la rapidez con que se producirían todos estos cambios así como la aparición de estas nuevas tecnologías y el coste que han tenido para las empresas que se han resistido a verlo y adaptarse. Suponiendo para muchas el fin de su actividad por falta de competitividad.

De forma similar, la tecnología de fabricación aditiva o como se conoce comúnmente como la “Impresión 3D”, está llegando muy rápidamente a la madurez según la conocida curva de Gartner. Así es como se le denomina a la representación de la madurez, adopción y aplicación comercial de una tecnología especifica, siendo este caso la de la fabricación aditiva y que podemos ver en la gráfica siguiente.

En su mayor pico de expectativas, encontramos los implantes médicos por impresión 3D, la impresión 3D en puntos de venta, la impresión 3D en cadenas de suministro, pasando por la impresión 3D en las aulas dentro del sector educativo y la bioimpresión para la investigación en el campo de la medicina.

¿Qué es la fabricación aditiva y cómo surgió?

Se denomina “fabricación aditiva” al proceso que se basa en la fabricación o producción de piezas a partir de un modelo 3D (conocido por su formato .stl) mediante la sucesiva deposición de capas de material.

Esta puede estar basada en diferentes tecnologías mencionadas a continuación:

• Extrusión a través del modelado por deposición fundida (FDM) con materiales como termoplásticos (por ejemplo PLA, ABS), HDPE, metales eutécticos o materiales comestibles.
• Hilado mediante la fabricación por haz de electrones (EBF³) con casi cualquier aleación.
• Fotoquímicos mediante fotopolimerización por luz ultravioleta (SGC) o estereolitografía (SLA). Ambos empleando fotopolímero como material.
• Granulado a través del sinterizado mediante láser (DMLS) también con casi cualquier aleación.
• Laminado de capas (LOM) empleando materiales como: papel, plástico o papel de aluminio.

Aunque debemos recalcar que estas tecnologías no son ninguna innovación actual. Todas ellas se utilizaban hasta ahora principalmente para el denominado prototipado rápido.

Es curioso que todo ello naciera en los años 80, mediante una serie de patentes para el proceso de estereolitografía, pasando por dos estudiantes del MIT (Tim Anderson y Jim Bredt) los cuales decidieron, en el año 1995 sustituir la tinta de las impresoras que tenemos en casa, por un material granulado. Entre otros muchos más hitos e innovaciones históricas.

Aunque no fue hasta casi dos décadas después de estos muchachos y gracias a la reducción de los costes y su abaratamiento, junto con el vencimiento de las patentes de estas tecnologías, cuando pudo dar el gran salto al mercado comercial. Llegando incluso a estar presente en muchas de nuestras casas hoy en día como una herramienta de trabajo personal o por simple hobby.

¿Cuáles son sus principales ventajas?

Los principales beneficios de la fabricación aditiva frente a los procesos de fabricación convencionales son los siguientes:

• Una fabricación competitiva que rompe con los esquemas de los tradicionales y lentos sistemas de producción en cadena. Hablamos de series pequeñas de productos en función de la demanda. Pudiendo ser estas de muy pocas unidades y sin estar atado a una alta inversión inicial necesaria para poder comenzar a producir el producto (como es el uso de los tradicionales moldes).
• Posibilidad de reproducir cualquier geometría liberando el proceso de diseño de las restricciones de la producción tradicional.
• Ofrecer a los desarrolladores del producto la capacidad para imprimir partes y montajes hechos de diferentes materiales con diferentes propiedades físicas y mecánicas, a menudo con un simple proceso de ensamble.
• El añadir dificultad geométrica a la pieza no incrementa los costes durante la producción de la misma.
• Diferenciación y personalización de los productos por parte de los consumidores no encareciendo por ello el coste.
• Posibilidad de integrar un mecanismo en la pieza en la que se deberá trabajar, sin necesidad de montajes y calibrados o ajustes posteriores.

Aplicaciones de la fabricación aditiva.

Cuando comenzaron los desarrollos de la impresión 3D no se pensaba que sería la tecnología capaz de revolucionar la industria tal y como la conocemos. Nació como una tecnología para acelerar el prototipado rápido y actualmente entre la infinidad de aplicaciones que podemos encontrar hoy en día destacamos

 Sus aplicaciones en el campo de la medicina:

Desde el primer órgano artificial impreso en 3D, hasta la denominada bio-impresión (mediante células). También se ha comenzado el desarrollo órganos impresos en 3D mediante el escaneo directamente del cuerpo del paciente y para el estudio previo del especialista, aumentando las posibilidades de éxito en una cirugía de riesgo.

Su importancia en el transporte:

El uso fabricación aditiva dentro de este campo está creciendo a una velocidad sorprendente debido a la posibilidad de fabricación de piezas con estructuras aligeradas y sometidas a frecuentes cambios de diseño y series cortas. Sectores como el aeronáutico, aeroespacial, automotriz o marítimo, donde se busca constantemente ahorrar tiempo y costos. Barcos diseñados en 3D o en su aplicación en el sector espacial, donde sólo el aumento de 1 kg de material en el espacio puede suponer un incremento en costes de más de 100.000€, viendo estas compañías, en la fabricación aditiva, una solución excepcional.

Romper los límites de la creatividad en el campo del arte:

Artistas y diseñadores que han encontrado en la impresión 3D una herramienta capaz de darle rienda suelta a su imaginación. Colecciones de ropa en 3D; joyería con impresión 3D; pasando por el mundo de la repostería; o el diseño artístico de estructuras imposibles. Los límites cada vez más están más lejos en este campo y gracias, de nuevo, a la tecnología.

La indudable revolución dentro del campo del diseño y arquitectura:

Con el auge de la impresión 3D, muchas empresas de arquitectura han descubierto el potencial de esta nueva tecnología, especialmente para la construcción de modelos y diseños. El número de arquitectos que utilizan esta tecnología está creciendo de una manera abrumadora, debido entre otras cosas, a que ya estaban familiarizados con la base de esta tecnología (CAD) mucho antes de que el uso de la fabricación aditiva llegara a comercializarse. Entre las aplicaciones más destacadas y más revolucionarias nos encontramos con  casas impresa en 3D y en tan sólo 24 horas, pasando por edificios e incluso puentes.

El mercado mundial y el crecimiento de la fabricación aditiva en cifras.

Finalmente, si materializamos en cifras el crecimiento y la expansión de esta tecnología en el mundo, según los datos, esta ha crecido de 0,5 billones de dólares en el año 2003 hasta los inesperados 5,1 billones de dólares en el año 2015. Y es que las previsiones eran mucho más conservadoras y auguraban un crecimiento de  sólo hasta los 4,5 billones de dólares para 2018.

El informe anual Wohlers Report de 2016 confirma esta cifra y reporta además los siguientes crecimientos anuales:

• Un 29,4% en el año 2011.
• Un 32,7% en el año 2012.
• Un 33,4% en el año 2013.
• Un 35,2% en el año 2014.

Grandes multinacionales de varios sectores como General Electric, Siemens, Ford, Boeing, Airbus, BMW, Audi-VW o HP están apostando por las tecnologías de fabricación aditiva.

Con este escenario solo se puede ser optimista en cuanto a la consolidación de esta vanguardista tecnología. Además esta está sirviendo de revulsivo para que otra de las tecnologías que va a revolucionar el mundo, comiencen a despuntar: la impresión en 4D.

¿Podría imaginarse por un momento que los materiales físicos y biológicos impresos en 3D estuvieran “programados” para que una vez salgan de la plataforma de fabricación, ajustasen por si mismos sus formas o propiedades según la funcionalidad del objeto que nosotros deseemos?. Apasionante, ¿verdad?

Y es que en Grupo Garatu todo lo que acontece dentro de esta cuarta revolución industrial así como sus innovadoras tecnologías que pueden marcar la diferenciación y la competitividad de un negocio como el suyo, nos apasiona. Es por ello que, si dispones de un negocio y todavía no te has unido a esta gran revolución tecnológica, ahora es el momento.