Fabricació additiva: noves mentalitats en enginyeria

2021/09/21 Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

La fabricació additiva part del disseny 3D i construeix peces sense cap mena de motlle. Amb materials cada vegada més sorprenents. D'aquesta manera, la impressió 3D ha trencat amb els dissenys i peces rígides habituals d'enginyeria i ha aportat noves mentalitats a les produccions industrials. Els experts parlen de la total llibertat de disseny, i els investigadors de BRTA han destacat que s'està implantant a poc a poc en enginyeria.

Peça de titani realitzada en Lortek. Ed. Lortek

“Més enllà dels dissenys que considerem habituals en enginyeria, la fabricació additiva permet crear fàcilment peces amb dissenys més orgànics inspirats en arbres o fulles. Diem peces biòniques. Es pot crear gairebé qualsevol disseny complex. La indústria tradicional no està acostumada a dissenyar-les, però haurà d'anar integrant-les en el seu pensament”, afirma María Sant Sebastià Ormazabal. Lortek és investigador del centre tecnològic i col·labora amb la resta de centres de BRTA en la recerca i implantació industrial de la fabricació additiva.

És una fabricació amb gran llibertat de disseny. La peça sorgeix d'un simple disseny digital. Les impressores 3D de polímers són l'exemple més senzill de fabricació additiva. Però en la indústria, a més dels polímers, s'utilitza qualsevol tipus de material com a matèria primera: metalls, materials ceràmics, tant durs com tous, porosos, comestibles…

Maria San Sebastian Ormazabal, investigadora de Lortek

“La fabricació additiva té l'avantatge que s'aprofita molt millor la matèria primera”, explica Sant Sebastià. “En la fabricació convencional, per sostracció, es va extraient el material a la peça fins que es retira el material sobrant i s'aconsegueix la geometria desitjada. En la fabricació additiva, no obstant això, és a l'inrevés: el material es va afegint només on la peça necessita. Per tant, pràcticament s'utilitza el 100% de la matèria primera. A més, al no ser necessari el tornejat, fresat, forja, laminat, etc., se simplifica el procés de fabricació i es consumeix molta menys energia. En un sentit, és un pas cap a l'economia circular”, creu Nerea Ordás Mur, investigadora del centre Ceit, membre de BRTA.

“Fins a l'inici de la implantació de la fabricació additiva, hi havia peces de geometria molt complexa que no podien ser fabricades amb tecnologies convencionals. Per exemple, els que tenien canals interns. Calia fer fosa, perforacions, després soldar per a afegir les peces, perforar per a fer un altre canal... Eren operacions molt complexes i costoses. Ara es fan molt més ràpid”, explica Ordás.

Materials a la carta

Nerea Ordas Mur, investigadora de Ceit Ed. Ceit

La fabricació additiva ja s'ha implantat en la indústria. Ha entrat amb força sobretot en l'aeronàutica i l'automòbil. “Un dels grans reptes de cara al futur és poder produir centenars de milers d'unitats en sèrie. I per un altre, l'augment de les dimensions de les peces que es fabriquen, que actualment està limitat per la grandària dels equips. Però també hi ha reptes interessants en els materials. La fabricació additiva pot fabricar nous materials que no poden ser fabricats de manera convencional. Aquesta tecnologia utilitza principalment dos tipus de matèries primeres: pols i fil. En el cas de les pólvores metàl·liques s'està dissenyant un munt de materials específics per a aquesta mena de fabricació. A vegades, els materials tradicionals no són els més adequats per a aquest procés i han de ser adaptats per a obtenir millors beneficis i propietats”, explica Ordás.

“De totes maneres, crec que hi ha un repte més social: l'educació”, ha afegit Sant Sebastià. “És a dir, cal introduir aquesta tecnologia en el pensament de les persones que estan pensant en noves peces, perquè comencin a pensar com conceptualitzaran les peces innovadores”.

Si bé la nova tecnologia ha començat a implantar-se en la indústria, és necessari donar suport a la recerca. “En Ceit, per exemple, treballem molt en el disseny i creació de materials. Sent la nostra tradició siderúrgica i de màquina eina, dissenyem principalment materials metàl·lics: acers, aliatges d'alumini, aliatges de níquel… Però també treballem en ceràmiques com a ceràmiques tècniques amb propietats molt especials. Els centres de recerca de BRTA, conjuntament, podem desenvolupar tota la cadena de valor de la fabricació additiva, des del disseny i fabricació de pólvores fins al desenvolupament de tractaments de peces finals”, afirma Ordás.

Cinc dispositius hápticos formats per diferents materials i tecnologies. De dreta a esquerra: dispositiu original d'alumini mecanitzat; primer disseny topològic d'impressió 3D de plàstic per a un dispositiu més lleuger; dissenys adaptats a la fabricació additiva de metalls d'alumini, acer i bronze d'acer. Ed. Ceit

“En el postprocesado també tenim molta activitat. Aquestes peces que salin de la impressora, en la majoria dels casos, no estan disposades a instal·lar-les directament en el cotxe o en qualsevol lloc. Treballem en el desenvolupament de tractaments post-impressió més adequats com a tractaments tèrmics”.

S'han especialitzat en els diferents processos d'impressió de Lortek. “Tenim diverses tecnologies per a imprimir”, comenta Sant Sebastià. “D'una banda, la fabricació basada en llit de pols sedimentada, on la matèria primera és pols metàl·lica i la capa a capa fa que la capa làser només integri la zona prèviament definida; i per un altre, els processos d'implantació directa, on la matèria primera, en forma de pols o fil, es diposita sobre una base fins a obtenir la peça 3D”.

Col·laboració, punt fort

Els centres de BRTA fan costat a les empreses quan decideixen implantar aquestes tecnologies i estan optimitzant els paràmetres d'impressió. Per a tots dos investigadors, un dels punts forts del BRTA és que pràcticament tots els centres investiguen tecnologies i processos de fabricació additiva. “D'altra banda, existeix un gran coneixement en màquina eina, programació i elements auxiliars dels robots. En definitiva, el treball d'afegir i fondre el material ha de ser realitzat per un robot de forma sincronitzada. És a dir, també és fabricació intel·ligent. El nostre coneixement a Euskal Herria ens dóna molta força”, afirma Sant Sebastià. La fabricació additiva proporcionarà nous agarris a l'enginyeria.