Cómo la fabricación aditiva ha encontrado por fin su hueco en el sector industrial

Durante mucho tiempo, la fabricación aditiva se vendió como si fuera magia: con solo pulsar un botón, podíamos imprimir cualquier cosa. Parecía una tecnología llamada a reemplazar los sistemas de fabricación tradicionales. Sin embargo, la realidad ha resultado ser muy distinta. Eso no es necesariamente negativo, porque, en muchos ámbitos, hoy en día la AM ha pasado a considerarse la solución de referencia.

Lo que está cambiando ahora es nuestra comprensión de en qué sectores es más eficaz. Los usuarios están poniendo el foco en lo que de verdad importa, y han pasado de preguntarse si es posible siquiera imprimir un determinado producto a plantearse si es conveniente hacerlo.

Esta transformación ha empezado a influir en la concepción que tienen los ingenieros de los materiales, el rendimiento y las cadenas de suministro.

De la teoría a la práctica

En los inicios de la fabricación aditiva, solían compararse las piezas impresas directamente con sus equivalentes forjadas o fundidas. A menudo, se esperaba que las piezas elaboradas mediante esta tecnología pudieran servir como un sustituto idéntico al original.

Esa suposición ha resultado ser errónea.

La fabricación aditiva tiene sus propios pros y contras. En algunos casos, sus ventajas son evidentes, como la libertad que ofrece en términos de diseño, la consolidación de piezas o la reducción de los plazos de entrega. En otros, especialmente en aquellos en los que hace falta resistencia a la fatiga o una fiabilidad extrema, los métodos de fabricación tradicionales continúan siendo la mejor opción.

La industria ha empezado a aceptar esta realidad.

En lugar de imponer la fabricación aditiva en todas las aplicaciones, las empresas están identificando aquellos ámbitos en los que rendimiento, coste y viabilidad convergen. Esto ha propiciado que los fabricantes sean más rigurosos a la hora de plantearse la adopción de esta tecnología, especialmente en sectores como el aeroespacial y el de la defensa, donde los márgenes de rendimiento suelen someterse a controles muy estrictos.

Cómo evoluciona la percepción de los riesgos

Uno de los principales obstáculos de cara a la implementación de la fabricación aditiva es la percepción de los riesgos, un factor que ha resultado ser mucho más determinante que las capacidades técnicas. Cuando se utiliza la AM para componentes no críticos, el margen de variabilidad es mayor. Sin embargo, a medida que pasamos a las aplicaciones de sectores regulados o críticos para la seguridad, las expectativas cambian. Las compañías analizan minuciosamente la consistencia de los materiales, la repetibilidad del proceso y el rendimiento a largo plazo.

Es en estos aspectos donde el sector ha logrado avances significativos.

Al principio, parte del problema radicaba en la forma en la que se enseña a los ingenieros a concebir los materiales. Los profesionales que trabajan con componentes de alto rendimiento o con limitaciones de fatiga están acostumbrados a obtener datos de fuentes fiables como el MMPDS, que detalla con precisión las propiedades de los materiales, las cargas y las probabilidades de que se produzca una rotura.

La fabricación aditiva no encajaba en ese modelo.

En lugar de partir de un material de referencia conocido, los fabricantes pasaron a trabajar directamente con piezas impresas de las que apenas podían obtener datos históricos. Para muchos ingenieros, era como intentar hacer la cuadratura del círculo.

Con el tiempo, las cosas han empezado a cambiar. Los sistemas de control de procesos han mejorado. Las pruebas son cada vez más minuciosas. Los criterios de cualificación están mejor definidos. En la actualidad, los ingenieros tienen una idea más clara de cómo se comportan las piezas impresas, en qué casos ofrecen un buen rendimiento y —lo que es igual de importante— en cuáles no.

Este cambio de paradigma también ha tenido una consecuencia inesperada. Utilizar tecnologías aditivas no siempre implica limitarse a reproducir las técnicas de fabricación tradicionales. En algunos casos, la AM ofrece la posibilidad de utilizar materiales totalmente distintos.

En VoxelMatters tuvimos ocasión de comprobar este punto en un proyecto centrado en la producción de trenes de aterrizaje en el que la empresa ha decidido sustituir un componente de aluminio fundido por otro de titanio impreso, no porque sea más fácil, sino porque la fabricación aditiva resulta más práctica a la hora de trabajar con aleaciones de alto rendimiento difíciles de mecanizar. En este caso, la idea era utilizar un material de mayor rendimiento como medida de seguridad. El hecho de saber que el titanio ofrecía una resistencia más que suficiente para esta aplicación contribuyó a disipar cualquier duda sobre la pieza impresa, por lo que el rendimiento a largo plazo dejó de ser un motivo de preocupación.

En casos como este, la cuestión ya no es si la fabricación aditiva puede reproducir una pieza, sino si es capaz de mejorar la original.

Una tecnología que redefine el concepto de materia prima

A medida que mejoran los sistemas y procesos de fabricación aditiva, los materiales se están convirtiendo cada vez más en el principal factor limitante.

No se trata solo de su disponibilidad, sino también de si han sido específicamente diseñados para cada proceso y de hasta qué punto pueden adaptarse a la tecnología de impresión que se utiliza en cada caso. En ocasiones, son los propios equipos los que constituyen una limitación.

Durante años, gran parte del sector se ha centrado en cumplir con las especificaciones básicas, como la composición química, la distribución del tamaño de las partículas y otros parámetros habituales. Estos aspectos siguen siendo importantes, pero no son los únicos factores a tener en cuenta.

Las características del polvo, como la morfología, el estado de la superficie y la porosidad interna, desempeñan un papel importante en el comportamiento de los materiales durante el proceso de fabricación. Estas propiedades influyen en la fluidez, la densidad de compactación y, en última instancia, en la consistencia de la pieza final.

A medida que la fabricación aditiva va incorporándose a los entornos de producción, estos detalles cobran más importancia que nunca. Sin embargo, aunque todas las piezas parezcan encajar sobre el papel, eso no garantiza que el resultado sea bueno.

Muchos metales de alto valor —en particular el titanio y las aleaciones a base de níquel— generan una considerable cantidad de residuos cuando se procesan mediante las técnicas convencionales. En algunos sectores, la mayor parte de la materia prima nunca llega a formar parte del producto final. La relación compra-vuelo puede llegar a ser de hasta 20:1.

Tradicionalmente, gran parte de estos materiales sobrantes se han infrautilizado o han resultado difíciles de reutilizar, no solo por cuestiones de calidad, sino también de forma. Muchos de ellos no se adaptan bien a los circuitos de reciclaje tradicionales ni a los procesos de atomización más habituales, que suelen utilizan alambre o barras como materia prima.

Eso ha comenzado a cambiar.

Cada vez hay más empresas interesadas en convertir los flujos de materiales existentes en materias primas aprovechables para los procesos de fabricación aditiva. Aunque esta posibilidad suele plantearse desde el marco de la sostenibilidad, los argumentos económicos son igual de convincentes.

En muchos casos, las fuentes alternativas de materia prima pueden ofrecer una ventaja significativa en términos de costes, especialmente en aquellos mercados en los que el precio de los materiales es una limitación fundamental.

La brecha de percepción en un sector cada vez más desarrollad

A pesar de estas ventajas, la adopción de esta tecnología no es una cuestión meramente técnica.

Todavía existe una brecha en la percepción que tiene la industria de las materias primas no tradicionales. En algunas aplicaciones, especialmente en aquellas relacionadas con componentes críticos, la idea de utilizar materiales reciclados o de segunda mano suscita una preocupación adicional.

Estas reservas no son algo inusual.

Cada nueva vía para desarrollar materiales sigue un ciclo similar: en un principio es acogida con escepticismo; a continuación, empieza a someterse gradualmente a distintos procesos de validación y, por último, obtiene una mayor aceptación. Lo mismo ha ocurrido en las cadenas de suministro mundiales, donde materiales que antes se consideraban de riesgo ahora se utilizan de forma generalizada.

La clave reside en los datos, la coherencia y el tiempo.

Ya hemos presenciado antes este proceso. Hace diez años, muchos fabricantes no querían saber nada de ciertos proveedores de polvo de origen extranjero. Había dudas sobre la calidad, la uniformidad y la trazabilidad de los productos. Hoy en día, algunos de esos materiales han pasado a utilizarse de forma habitual en la industria.

No obstante, los materiales no son lo único que ha cambiado. En este sentido, quizá sea más importante el hecho de que han sido los datos, el control de procesos y la experiencia de los fabricantes lo que ha mejorado la confianza en estos proveedores a lo largo del tiempo. Básicamente, las empresas se han dado cuenta de que estos materiales son «lo suficientemente buenos» para ciertas tareas.

Actualmente, ha empezado a imponerse una visión más realista de la fabricación aditiva.

No se trata de un sustituto universal de los procesos tradicionales, ni tiene por qué serlo. Su valor se pone de manifiesto en aplicaciones concretas, en las que la tecnología, los materiales y las piezas se complementan mutuamente.

Es el caso de piezas como los silenciadores o los componentes de cohetes, en las que las geometrías complejas y las prestaciones de los materiales se combinan de una forma que permite aprovechar al máximo las ventajas de la fabricación aditiva. En estos casos, su uso no es una concesión, sino que a menudo se trata de la mejor opción.

Por otra parte, las investigaciones de la NASA también han demostrado que la fabricación aditiva resulta especialmente indicada para los componentes de cohetes, ya que las complejas geometrías internas que incluyen, la necesidad de consolidar las piezas y los estándares de rendimiento térmico permiten sacar el máximo partido de las ventajas de estos procesos.

A medida que el sector continúa evolucionando, el foco del debate se centra cada vez más en la optimización, es decir, en la importancia de utilizar el material adecuado para cada aplicación, comprender la relación entre coste y rendimiento y establecer cadenas de suministro que favorezcan tanto la escalabilidad como la resiliencia.

En este contexto, los materiales son fundamentales para que la implementación de la AM sea un éxito.

Una mirada al futuro

La próxima etapa de la fabricación aditiva no vendrá determinada por las posibilidades que ofrezca la tecnología, sino por la eficacia con la que se aplique.

Eso pasa por encontrar las combinaciones adecuadas, en las que tanto el material, el proceso y la aplicación encajen a la perfección. En muchos casos, la fabricación aditiva empezará a adoptarse de forma generalizada una vez que se demuestre claramente que se trata de la herramienta más adecuada para ese trabajo en concreto.

Alcanzar ese punto será más fácil a medida que pase el tiempo. Cada vez se comercializan más aleaciones en forma de polvo, disponemos de más datos sobre el comportamiento de estos materiales y entendemos mejor los parámetros de impresión. Asimismo, los equipos y los materiales son cada vez más asequibles.

Todos estos cambios aumentan las posibilidades de encontrar la combinación adecuada entre el material, el proceso y la aplicación.

Ese es el motor que seguirá impulsando al sector. La clave no es apuntar cada vez más alto, sino adecuar mejor la tecnología a los problemas que pretendemos resolver con ella.