Papel de la Fabricación Aditiva en la producción

La fabricación aditiva es un proceso industrial para la producción de piezas que se inició a finales de los años 80. Inicialmente su objetivo era la producción de prototipos en materiales no funcionales de ahí que uno de los nombres más utilizados durante sus principios fuera el de Rapid Prototyping.

Sin embargo, en los últimos años, este método de fabricación ha pasado a convertirse una opción más en la producción de piezas y en algunos casos una alternativa real a los procesos tradicionales como el moldeo, el mecanizado u otros.

En su evolución se han desarrollado métodos y tecnologías que fueran capaces de cubrir cada vez un mayor número de materiales y aplicaciones buscando hacerlo cada vez más general y económicamente viable.

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“Hay tantas formas de afrontar la fabricación de una pieza utilizando la Fabricación Aditiva, que hacen que a la hora de elegir una opción haya que valorar distintos aspectos, tales como el material del objeto, su tamaño, la complejidad de su forma, el número de unidades, las condiciones de servicio, etc…”

El primer factor a tener en cuenta a la hora de seleccionar un proceso de AM es el material de la pieza, si es algún tipo de polímero las opciones son muchas, pero si es un material metálico bajan.

Los materiales metálicos tienen mayores exigencias que los polímeros, de ahí que el abanico de tecnologías disponibles sea mucho más reducido. Una de las características determinantes en las piezas metálicas es su integridad, es decir, la relación entre la densidad del material puro y la densidad de la pieza. Esta relación da una idea de las propiedades mecánicas de la pieza y de cuál puede ser su comportamiento en servicio en función de las solicitaciones a las que pueda estar sometida.

La mayoría de las tecnologías de AM metálica tienen integridades menores que uno, por tanto son piezas que si van a estar sometidas a prestaciones de responsabilidad pueden presenter problemas.

En este grupo se encuadran procesos tales como el SLS, SLM, Binder Jetting, FDM, etc. Todos ellos tienen en común que pueden producir objetos de tamaño mediano o pequeño con una gran resolución en sus detalles y en una variedad muy amplia de materiales.

Estas técnicas se conocen como DED (Directed Energy Deposition) y entre ellas se encuentran WAAM (Wire Arc Additive Manufacturing), LWAM (Laser Wire Aditive Manufacturing), Laser Cladding o Cold Spray.

Las principales características de las piezas producidas con estas tecnologías son:

• Altas prestaciones mecánicas, que las hacen aptas para aplicaciones de responsabilidad.
• Tamaños de pieza que pueden ir desde varios kg hasta toneladas.
• Proporcionan mayor libertad de diseño que los métodos de fabricación tradicionales.
• Mayor tasa de deposición
• Menor índice de desperdicio (BTF)
• Permite la creación de piezas nuevas o la reparación de piezas existentes

En 2017 BEZZIER decidió abrir una unidad de negocio dedicada a la producción de piezas metálicas mediante AM. Para ello se eligió una celda basada en tecnología WAAM, formada por un robot Kuka con 8 grados de libertad y un sistema de soldadura por arco Fronius CMT.

Las ventajas de utilizar esta tecnología frente a procesos tradicionales son varias:

• Material base de calidad superior: los hilos utilizados para producir nuestras piezas, proceden de fabricantes de prestigio y están certificados en su composición.
• El proceso es controlado y las piezas obtenidas son analizadas por el Departamento de Materiales de la Universidad de Oviedo.
• Mayor libertad de diseño: el proceso de construcción de una pieza por fabricación aditiva, permite menos restricciones en el diseño que con un proceso tradicional, las piezas pueden ser huecas o pueden tener estructuras internas de refuerzo, se puede analizar su respuesta en función de las solicitaciones a las que vaya a estar sometida y utilizar técnicas de diseño generativo para obtener la forma que mejor responde a las mismas.
• Reducción de los tiempos de postprocesado: Las tecnologías DED, y en particular WAAM, necesitan un mecanizado posterior para eliminar las creces que deja el proceso de aporte y conseguir además las tolerancias y el acabado superficial que la pieza requiera. Gracias al control sobre el proceso, el exceso de material es conocido de antemano, por lo que tanto el posicionamiento en máquina como los tiempos de mecanizado son repetibles pudiendo llegar a hacerse casi sin la intervención de un operario (lights off).
• Reducción general de costes: Una de las grandes ventajas de la fabricación aditiva es la producción de piezas a demanda (parts on demand) gracias a que no hay inversiones en utillaje, acopio de materiales, etc. por lo que todos los costes son operativos. Otra ventaja derivada de la ausencia de utillajes es la reducción en los plazos de entrega.

En general, podríamos decir que “el proceso WAAM” reduce el costo de las piezas al reducir el desperdicio de material y el tiempo de comercialización, además de ofrecer los beneficios de una mayor libertad de diseño y complejidad de las piezas.