Manufactura aditiva: un cambio en las reglas del juego

La libertad de diseño es el principal argumento a favor de esta tecnología de manufactura, que se basa en los principios de la impresión 3D y que ahora permite usar termoplásticos convencionales. La manufactura de insertos de moldes para corridas cortas es la aplicación con mayor crecimiento.

Pocas veces, durante nuestro ejercicio profesional, surge una tecnología realmente disruptiva. Pues bien, la aparición de la manufactura aditiva tiene todos los elementos para ser uno de estos puntos de inflexión que se marcan como hito en las líneas de tiempo al analizar la historia. Puede que el término resulte poco familiar para algunos de nuestros lectores; pero la manufactura aditiva no es otra cosa que la producción a escala industrial de piezas por el método de “impresión 3D”.

Este procedimiento nació para la fabricación de prototipos y hoy en día constituye un sistema fundamental a la hora de comunicar ideas o evaluar diseños. Ahora la tecnología ha dado un paso más y avanza hacia la manufactura de piezas en serie; por eso ha cambiado de nombre para describir con más precisión lo que es: la fabricación de piezas a través de métodos que añaden material, en contraposición a métodos -como el fresado o el maquinado- convencionales, donde se remueve materia prima.

El entusiasmo que ha desatado esta nueva posibilidad es enorme y sin duda constituye una gran oportunidad que nos hace repensar nuestra industria. ¿Qué tal poder producir sin molde, directamente a partir de un diseño CAD, pasando de la idea a la manufactura en cuestión de horas y no meses?

¿Qué tal tener que dejar de pensar en ángulos de contrasalida o restricciones en la pieza a la hora de expulsarla cuando hacemos nuestros diseños de productos? ¿O poder ofrecerle a cada cliente un producto personalizado? ¿O combinar diferentes materiales sin necesidad de complejas tecnologías de molde?

Las posibilidades de manufactura aditiva no se limitan al producto en sí, sino que aplican también a las herramientas de producción. Y es aquí donde actualmente se están presentando las mayores aplicaciones en la industria plástica: en la fabricación de insertos o herramentales, bien sea en acero o en resina, que puedan utilizarse dentro del molde para hacer canales de enfriamiento muy complejos, los primeros, o para corridas cortas, estos últimos.

Insertos para moldes impresos en 3D

Recientemente se anunció que el fabricante de moldes Hasco creó una forma rápida y eficiente en costos para producir piezas prototipo, integrando la impresión 3D de Stratasys con su sistema K35000 de cambio rápido de molde. Utilizando esta solución, los fabricantes de moldes pueden cambiar insertos de diferentes productos, de forma tal que es posible incluso generar corridas cortas de producción. Los insertos pueden producirse en un par de horas y es posible cambiar partes del diseño por una fracción del costo de insertos convencionales de acero o aluminio.

Unilever, en Italia, es otro de los clientes de Stratasys empleando insertos en moldes, y según reportan han reducido el tiempo de desarrollo de prototipos en un 40%. El sistema de producción multi-material 3D Objet500 Connex produce insertos de moldes para corridas de aproximadamente 50 unidades. “Antes teníamos que esperar semanas para recibir piezas prototipo. Con la tecnología de impresión 3D aplicamos iteraciones de diseño al molde en cuestión de horas, lo que nos permite fabricar piezas prototipo en materiales finales, como PP, un 40% más rápido que antes”, señaló la compañía. Los moldes se producen en ABS Digital, un material tenaz y de alta resistencia a la temperatura.

Otro fabricante alemán que le apuesta a la tecnología de manufactura aditiva de insertos para corridas cortas es Dr.Boy, quien tendrá una presentación al respecto en la próxima Fakuma. En esta presentación se demostrará la utilización de insertos para producir hasta 100 piezas en una Boy XS. De acuerdo con el fabricante, es posible reemplazar insertos en pocos minutos.

Es importante destacar que no solo se emplea la tecnología de manufactura aditiva para fabricar insertos en corridas cortas. A través del proceso de sinterizado láser, como el que ofrece la firma alemana EOS, es posible producir insertos para moldes 100% funcionales, en aceros equivalentes al P20 o al H13, a partir de polvos. La gran ventaja de esta tecnología es que pueden hacerse canales de enfriamiento con formas totalmente libres. Esta tecnología de enfriamiento, llamada enfriamiento de contorno, está disponible en Europa desde hace al menos una década. La empresa PM Tec Engineering está ofreciendo la tecnología de fabricación de insertos de enfriamiento de contorno para América Latina.

Manufactura directa de piezas plásticas

La revolución más grande para producción directa de piezas es que ya pueden emplearse termoplásticos convencionales en la manufactura aditiva. Arburg presentó en la pasada feria K su tecnología Freeformer, con la cual pueden generarse piezas de gran complejidad en una mesa de trabajo a través de la deposición de pequeñas gotas de material. Esta tecnología tiene la ventaja de que se alimentan gránulos de termoplásticos convencionales, donde una unidad de plastificación los funde de manera similar a una máquina de inyección convencional. Posteriormente, una unidad de dosificación genera las pequeñas gotas de material, con diámetros entre 0,18 y 0,3 mm, capa por capa, para generar una geometría final. La mesa de trabajo tiene dimensiones de 190 x 135 x 250 mm³.

La Freeformer permite además combinar diferentes materiales, a través de una segunda unidad de plastificación. De esta forma es posible combinar materiales suaves al tacto con materiales duros, o terminar una pieza con un sello. La unión entre ambos materiales es de buena calidad, gracias a que hay una interfaz de gotas de material fundido que permiten una excelente adherencia en la interfaz.

Stratasys fue pionero en la impresión 3D y ahora amplía las posibilidades de la tecnología hacia equipos de producción en escala industrial. La empresa ha desarrollado sistemas para producción de corridas cortas o de piezas personalizadas, que están siendo empleadas en aplicaciones donde el valor agregado es alto y el volumen de producción aún es bajo. Entre ellas se cuentan piezas para interiores aeroespaciales, piezas automotrices, implantes médicos, productos personalizados y productos deportivos. Ahora es posible producir también en materiales como el ABS, poliamida y policarbonato.

Un complemento y no un reemplazo de tecnologías tradicionales

El profesor Christian Hopmann, director del Instituto de Procesamiento de Polímeros IKV de Aachen, Alemania, destaca la gran cantidad de ventajas que ofrece esta tecnología como complemento a los sistemas de manufactura tradicionales, pero no ve que vaya a reemplazarlas: “Sin duda esta tecnología nos abre nuevas posibilidades, que debemos explorar cuidadosamente, pero no creo que vaya a reemplazar a los procesos de producción masiva como el moldeo por inyección, debido a que los tiempos de ciclo son muy largos y a que la precisión de las piezas no es la misma. Es mejor ser cautelosos y no dejarnos llevar por el entusiasmo, para no decepcionarnos después y dejar de creer en una tecnología que tiene en realidad gran potencial”, afirma.

Artículo proveniente de la revista impresa con el código Tp3005-aditiva.