Fabricación aditiva: novas mentalidades en enxeñaría

2021/09/21 Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

A fabricación aditiva parte do deseño 3D e constrúe pezas sen ningún tipo de molde. Con materiais cada vez máis sorprendentes. Desta maneira, a impresión 3D rompeu cos deseños e pezas ríxidas habituais de enxeñaría e achegou novas mentalidades ás producións industriais. Os expertos falan da total liberdade de deseño, e os investigadores de BRTA destacaron que se está implantando aos poucos en enxeñaría.

Peza de titanio realizada en Lortek. Ed. Lortek

“Máis aló dos deseños que consideramos habituais en enxeñaría, a fabricación aditiva permite crear facilmente pezas con deseños máis orgánicos inspirados en árbores ou follas. Chamamos pezas biónicas. Pódese crear case calquera deseño complexo. A industria tradicional non está afeita deseñalas, pero terá que ir integrándoas no seu pensamento”, afirma María San Sebastián Ormazabal. Lortek é investigador do centro tecnolóxico e colabora co resto de centros de BRTA na investigación e implantación industrial da fabricación aditiva.

É una fabricación con gran liberdade de deseño. A peza xorde dun simple deseño dixital. As impresoras 3D de polímeros son o exemplo máis sinxelo de fabricación aditiva. Pero na industria, ademais dos polímeros, utilízase calquera tipo de material como materia prima: metais, materiais cerámicos, tanto duros como brandos, porosos, comestibles…

Maria San Sebastian Ormazabal, investigadora de Lortek

“A fabricación aditiva ten a vantaxe de que se aproveita moito mellor a materia prima”, explica San Sebastián. “Na fabricación convencional, por subtracción, vaise extraendo o material á peza ata que se retira o material sobrante e conséguese a xeometría desexada. Na fabricación aditiva, con todo, é ao revés: o material vaise engadindo só onde a peza necesita. Por tanto, practicamente utilízase o 100% da materia prima. Ademais, ao non ser necesario o torneado, fresado, forxa, laminado, etc., simplifícase o proceso de fabricación e consómese moita menos enerxía. Nun sentido, é un paso cara á economía circular”, cre Nerea Ordás Mur, investigadora do centro Ceit, membro de BRTA.

“Até o inicio da implantación da fabricación aditiva, había pezas de xeometría moi complexa que non podían ser fabricadas con tecnoloxías convencionais. Por exemplo, os que tiñan canles internas. Había que facer fundición, perforacións, daquela soldar paira engadir as pezas, perforar paira facer outra canle... Eran operacións moi complexas e custosas. Agora fanse moito máis rápido”, explica Ordás.

Materiais á carta

Nerea Ordas Mur, investigadora de Ceit Ed. Ceit

A fabricación aditiva xa se implantou na industria. Entrou con forza sobre todo na aeronáutica e o automóbil. “Un dos grandes retos de face ao futuro é poder producir centos de miles de unidades en serie. E por outro, o aumento das dimensións das pezas que se fabrican, que actualmente está limitado polo tamaño dos equipos. Pero tamén hai retos interesantes nos materiais. A fabricación aditiva pode fabricar novos materiais que non poden ser fabricados de forma convencional. Esta tecnoloxía utiliza principalmente dous tipos de materias primas: po e fío. No caso dos pos metálicos está a deseñarse unha chea de materiais específicos paira este tipo de fabricación. Ás veces, os materiais tradicionais non son os máis adecuados paira este proceso e deben ser adaptados paira obter mellores beneficios e propiedades”, explica Ordás.

“De todos os xeitos, creo que hai un reto máis social: a educación”, engadiu San Sebastián. “É dicir, hai que introducir esta tecnoloxía no pensamento das persoas que están a pensar en novas pezas, para que empecen a pensar como conceptualizarán as pezas innovadoras”.

Aínda que a nova tecnoloxía comezou a implantarse na industria, é necesario apoiar a investigación. “En Ceit, por exemplo, traballamos moito no deseño e creación de materiais. Sendo nosa tradición siderúrxica e de máquina ferramenta, deseñamos principalmente materiais metálicos: aceiros, aliaxes de aluminio, aliaxes de níquel… Pero tamén traballamos en cerámicas como cerámicas técnicas con propiedades moi especiais. Os centros de investigación de BRTA, conxuntamente, podemos desenvolver toda a cadea de valor da fabricación aditiva, desde o deseño e fabricación de pos até o desenvolvemento de tratamentos de pezas finais”, afirma Ordás.

Cinco dispositivos hápticos formados por diferentes materiais e tecnoloxías. De dereita a esquerda: dispositivo orixinal de aluminio mecanizado; primeiro deseño topológico de impresión 3D de plástico paira un dispositivo máis lixeiro; deseños adaptados á fabricación aditiva de metais de aluminio, aceiro e bronce de aceiro. Ed. Ceit

“No postprocesado tamén temos moita actividade. Estas pezas que salguen da impresora, na maioría dos casos, non están dispostas a instalalas directamente no coche ou en calquera lugar. Traballamos no desenvolvemento de tratamentos post-impresión máis adecuados como tratamentos térmicos”.

Especializáronse nos diferentes procesos de impresión de Lortek. “Temos varias tecnoloxías paira imprimir”, comenta San Sebastián. “Por unha banda, a fabricación baseada en leito de po sedimentado, onde a materia prima é po metálico e a capa a capa fai que a capa láser só integre a zona previamente definida; e por outro, os procesos de implantación directa, onde a materia prima, en forma de po ou fío, deposítase sobre unha base até obter a peza 3D”.

Colaboración, punto forte

Os centros de BRTA apoian ás empresas cando deciden implantar estas tecnoloxías e están a optimizar os parámetros de impresión. Paira ambos os investigadores, uno dos puntos fortes do BRTA é que practicamente todos os centros investigan tecnoloxías e procesos de fabricación aditiva. “Doutra banda, existe un gran coñecemento en máquina ferramenta, programación e elementos auxiliares dos robots. En definitiva, o traballo de engadir e fundir o material debe ser realizado por un robot de forma sincronizada. É dicir, tamén é fabricación intelixente. O noso coñecemento en Euskal Herria dános moita forza”, afirma San Sebastián. A fabricación aditiva proporcionará novos agarres á enxeñaría.