Como denominación conjunta, los procesos de fabricación aditiva abarcan todos los procesos de fabricación con los que se crean modelos, patrones, prototipos, herramientas o productos finales tridimensionales mediante la aplicación automatizada de materiales capa por capa. Mientras que, dependiendo de cada aplicación y producto se utilizarán materiales líquidos, en forma de polvo o sólidos, como plantilla de construcción del proceso sirven modelos de datos generados por ordenador, los llamados archivos CAD. En el marco de la fabricación basada en capas no se necesitan ni herramientas especiales ni moldes que haya que hacer previamente. La fabricación aditiva supone a este respeto un correlato opuesto respecto del proceso substractivo clásico, de retirar, tal como lo son el taladrar, fresar o girar. Junto con los procesos de fabricación substractivos y formativos en los que el producto se configura utilizando espacios huecos de formas (moldes), los procesos de fabricación aditivos son uno de los tres pilares de la tecnología de producción.

Junto a la imagen modelo de la industria 4.0, los procesos de fabricación aditivos y la impresión en 3D se consideran un impulso que indica el camino de la totalidad del sector industrial y más allá de él. Mayor rentabilidad, personalización e individualización, construcción sencilla de productos y, especialmente, una modelación antes nunca vista son las características de los procesos de fabricación aditivos. Estos procesos son representativos de la industrialización y profesionalización de un nuevo modo de pensar en el marco de la construcción y de la producción; estas requieren componentes fiables y precisos, tales como servoaccionamientos de la serie FHA-C Mini o CanisDrive® de Harmonic Drive AG.

Procesos de fabricación aditivos - proceso de la tecnologia de construcción en capas

Antes de que comience el proceso reiterativo de la fabricación de capas generalmente muy finas, frecuentemente de un tamaño de tan solo 0,001 mm, se elabora un registro de datos CAD para una plantilla de construcción. Esta se corresponde con el objeto a fabricar y se fabrica utilizando un software CAD 3D o mediante el escaneado de objetos ya existentes. Después tiene lugar el fraccionamiento del objeto tridimensional en varios niveles con un grosor constante. Además del grosor de las capas, el registro de datos también incluye la medida de contorno y la numeración de cada nivel.

El proceso esencial del proceso de fabricación aditiva consiste principalmente en dos pasos. En primera instancia, se fabrica una capa conforme a las informaciones del registro de datos, independientemente del material y de la selección de un determinado proceso de fabricación aditivo. En el segundo paso se une la capa existente con la creada; de esta forma, la capa hecha en último lugar siempre compone la base para una siguiente capa. Mientras esta cadena de proceso se aplica en varios procesos, tanto el tipo y forma de la creación de capas como el método responsable de la unión de niveles son diferentes.

División de procesos de fabricación aditivos 

Desde que se inventaron los primeros procesos de fabricación aditivos hace más de 30 años, el número de otros y similares procesos creció continuamente. Para distinguir estas variaciones y modificaciones, se pueden, entre otras cosas, realizar divisiones en función del material utilizado. También es usual la división en procesos de lecho de polvo, procesos de espacio libre y procesos de material líquido y otros procesos de construcción de capas.

Entre los procesos de fabricación a partir del estado líquido se encuentra la estereolitografía, en la que se endurece selectivamente resina mediante un láser UV. En la fabricación con estereolitografía se pueden utilizar estructuras de apoyo; estas permiten llevar a cabo construcciones con cavidades huecas y voladizos.

Un ejemplo significativo del proceso de espacio libre es el Fused Deposition Modeling (FDM), también denominado proceso de estratificación de fundido. Un aparato provisto de una boquilla calefactable se mueve libremente en el espacio conforme a la plantilla de construcción. El extrusor deposita finas hebras de un plástico que enseguida se endurece. El Fused Deposition Modeling se caracteriza por ser un proceso de fabricación aditivo relativamente barato y se suele utilizar para la producción de prototipos tempranos.  Los usuarios deben tener presente la alta imprecisión del proceso.

Entre los procesos de lecho de polvo se encuentra el denominado sinterizado por láser. La base de este proceso es un material de partida en polvo que es endurecido en pasos mediante un rayo láser conforme al contorno de capa.  Los productos del sinterizado por láser se consideran extremadamente ligeros, estables al calor y resistentes mecánicamente.  Dependiendo de la máquina, el proceso y el campo de aplicación, se utilizan como material de partida muy distintos plásticos y polvos, masas cerámicas, metales, arena de moldeado o incluso papel. La selección de material se basa esencialmente en el perfil de características que se desea que tenga el producto. Mediante el material se puede influir en atributos tales como la firmeza y resistencia al impacto, resistencia a la temperatura y estabilidad de forma, así como la óptica y la biocompatibilidad.

En los procesos de fabricación metálicos aditivos, especialmente en el sinterizado por láser, las exigencias en lo que respecta a aplicación de alta precisión de las capas concretas son extremadamente altas. Para el accionamiento del eje Z una excelente solución son actuadores lineales compactos y potentes, con un husillo integrado.

Resumen de los procesos de fabricación aditivos

  • Procesos de lecho de polvo (como sinterizado por láser selectivo)
  • Procesos de espacio libre (como FDM o Contour Crafting)
  • Procesos de material líquido (como estereolitografía)
  • Otros procesos (como serigrafía 3D) 

Opciones y ventajas de procesos de fabricación aditivos

Tanto el creciente desarrollo como la utilización cada vez mayor de procesos de fabricación aditivos en los más variados sectores de la industria se basan en las muchas características y ventajas de las técnicas de fabricación mencionadas. Donde antes el potencial más significativo era la construcción de prototipos, hoy se han realizado con éxito diversas aplicaciones en serie. Especialmente los sectores en los que son habituales cantidades muy reducidas y que suponen enormes costes de desarrollo se benefician de esta característica, puesto que, mediante procesos de fabricación aditivos, los elementos y componentes de producción se pueden fabricar no solo ahorrando costes sino también en poco tiempo. Los pioneros aquí son las aplicaciones en la técnica de la medicina y en ingeniería aeroespacial.

Otra característica de los procesos de fabricación aditivos es la opción de fabricar soluciones individuales de productos y objetos sin realizar ajustes ni modificaciones en la máquina ni tener que sustituirla. Permiten al mismo tiempo un proceso de fabricación en el que la fabricación sigue a la construcción y, de esta forma, deja libertad de configuración. Adicionalmente, al enriquecimiento de estrategias de fabricación tradicionales con procesos de fabricación aditivos se le considera un gran potencial y facilita un modo de construcción híbrido en el que se reúnen las ventajas de diversos procesos. Otras características y ventajas de los procesos de fabricación aditivos (sobre todo desde el punto de vista industrial) son el aumento de la rentabilidad, optimizaciones de costes de ciclo vital y costes de producción y también la digitalización de la cadena de producción.

También destacables son los efectos de los procesos de fabricación aditivos a nivel de explotar menos recursos y de fomento de la sostenibilidad. Dado que estos procesos permiten una producción en función de las necesidades y una producción in situ, se pueden ahorrar costes de almacenamiento, evitar excesos de producción y reducir sensiblemente los trayectos de transporte y los tiempos.

Procesos de fabricación aditivos en la industria

Debido a la enorme variedad de máquinas para procesos de fabricación aditiva y a las diferencias en lo que respecta a la complejidad y a la capacidad, el proceso se utiliza tanto en entorno privado como en un marco industrial.

Entre los sectores en los que el proceso de fabricación aditivo se ha expandido y, correspondientemente, ha avanzado, se encuentran la ingeniería aeroespacial, la técnica de la medicina y la industria automovilística.   Aquí, el proceso mencionado permite, entre otras cosas, llevar a la práctica el modo de construcción ligero cuya filosofía de construcción tiene el objetivo de reducir el peso lo máximo posible y que parte de la base de la efectividad de materia prima, energía y gastos. En la técnica de la medicina, los laboratorios dentales se benefician en primera línea de las posibilidades de individualización que ofrecen los procesos de fabricación aditivos, puesto que ninguna prótesis dental es idéntica a otra, por lo que debe ser siempre adaptada al caso concreto. Además, los procesos de fabricación aditivos permiten la integración de nuevas funciones en los elementos; esta característica se aprovecha sobre todo en los ámbitos de la construcción de moldes y en la ingeniería aeroespacial. 

Impresora 3D en utilización doméstica

Desde hace algunos años los procesos de fabricación aditivos gozan de una popularidad creciente en el uso doméstico, especialmente las impresoras 3D. El foco se centra aquí, (entre otras cosas, debido al rendimiento y a la escasa complejidad, en términos relativos, de los aparatos respectivos), en la impresión de objetos generalmente muy sencillos, tales como figuras y piezas duras. A pesar de que los procesos de fabricación aditivos y su utilización requieren cierto conocimiento técnico, los archivos CAD prefabricados y las instrucciones de uso hacen posible que incluso usuarios no formados puedan imprimir de forma privada.

 

Con el progreso futuro y el desarrollo continuo de los procesos de fabricación aditivos, el uso privado seguirá en aumento.  Cabe imaginar que al comprar un producto se faciliten archivos CAD que permitan imprimir piezas de repuesto. Las impresoras 3D y las máquinas obtienen así una aplicación útil en el taller doméstico.  

 

Sinónimos

Additive Manufacturing