El sistema MetalFab revoluciona la producción de Stoke Space
Las impresoras 3D de metal MetalFab de Additive Industries —incluido su nuevo sistema MetalFab 420K— están siendo claves para que la empresa pueda continuar el desarrollo de sus cohetes reutilizables
En sus instalaciones de 168 000 pies cuadrados (alrededor de 15 600 m²), situadas en Kent (Washington), la empresa de lanzamientos espaciales Stoke Space está desarrollando un proyecto destinado a redefinir la industria: hablamos de Nova, un cohete totalmente reutilizable. Tradicionalmente, los cohetes de transporte espacial se han diseñado para ser desechables (es decir, se fabrican para ser utilizados una sola vez y desintegrarse en la atmósfera o impactar en el océano), pero Stoke Space se encuentra entre un selecto grupo de compañías pioneras que apuesta por el desarrollo de vehículos de lanzamiento reutilizables. Estos sistemas no solo podrían cambiar radicalmente la viabilidad económica de los lanzamientos espaciales al mejorar la amortización de los costes, sino que además permitirían que las cargas útiles volvieran intactas a la Tierra en las nuevas misiones.
Huelga decir que el desarrollo de este tipo de cohetes —en los que cada componente y ensamblaje debe optimizarse para asegurar no solo la eficiencia del lanzamiento, sino también la durabilidad y la facilidad de mantenimiento de la nave— requiere unos conocimientos técnicos y unos recursos extraordinarios. En el caso de Stoke Space, la incorporación de la fabricación aditiva industrial de metal ha sido clave para poder llevar a cabo este proyecto pionero. En concreto, las soluciones de fabricación aditiva (AM) de metal de Additive Industries han desempeñado un papel esencial en el desarrollo y la producción de este vehículo.
El sistema MetalFab 420K
Stoke Space ha apostado con fuerza por la tecnología de Additive Industries y lleva años utilizando su serie MetalFab G2, un sistema modular de fusión de lecho de polvo de metal. A lo largo del último año, la compañía ha ampliado notablemente su inversión en la AM de metal, primero al convertirse en el primer usuario beta del sistema de producción MetalFab 420K en mayo de 2025 y, posteriormente, al encargar cinco unidades más de dicho modelo.
Para la compañía de lanzamientos espaciales, la impresora MetalFab 420K satisface los exigentes requisitos del sector en términos de calidad, capacidad de procesamiento y automatización, y permite la fabricación de diferentes componentes críticos para su vehículo de lanzamiento reutilizable.
El propio sistema de impresión 3D es un equipo modular y automatizado dotado de cuatro láseres de campo completo de 1 kW y un diámetro de haz variable. La unidad ofrece un mayor caudal de flujo de gas e incluye una función de calibración automatizada y varios sistemas para controlar todo el proceso. Estas características, —entre otras— han permitido al fabricante de cohetes maximizar su volumen de producción mediante la impresión 3D y establecer un flujo de trabajo continuo y estable.
«Esta impresora incorpora numerosas funcionalidades que han permitido a Stoke Space optimizar aún más sus procesos de fabricación aditiva. Las más importantes son la integración de cuatro láseres de 1 kW, que contribuyen a incrementar la productividad —un aspecto clave a la hora de procesar los complejos materiales que se emplean en las aplicaciones de equipos espaciales—, y la posibilidad de adaptar el tamaño del haz en función de las necesidades del fabricante, lo que permite utilizar un diámetro de haz calibrado de entre 100 y 500 µm para ajustarlo a las dimensiones de la pieza como si se tratase de un parámetro más», explica Niels Cruts, director de Tecnología de Additive Industries.
Además de la potente configuración de cuatro láseres y la posibilidad de modificar el tamaño del haz, Cruts señala las ventajas que suponen la mejora del sistema automático de calibración del láser y el flujo de gas. «Ahora es posible realizar la alineación láser a láser durante el propio proceso de fabricación, lo que mejora la calidad de las piezas. Asimismo, y con el fin de aprovechar el aumento de la potencia del láser y de las velocidades de escaneado, hemos optimizado el flujo de gas y aumentado el caudal más de 2,5 veces al tiempo que garantizamos una variación de la velocidad inferior al 10% en todo el lecho de polvo. Por último, hemos introducido un nuevo diseño de filtro y un nuevo mecanismo de control de la humedad y del oxígeno, todo ello con el objetivo de adecuar la unidad al crecimiento de la productividad y el volumen de procesamiento».
Todas estas mejoras técnicas han dado como resultado una impresora que ofrece a Stoke Space una capacidad de producción constante, piezas de alta calidad y una importante mejora de los tiempos de actividad. «Buscábamos un equipo que fuera extremadamente fiable y predecible, y que pudiera fabricar el material sin defectos y sin complicaciones», explica Derek Schmuland, ingeniero sénior de AM en Stoke Space.
Objetivo: maximizar el tiempo de actividad
La integración del sistema MetalFab 420K en sus instalaciones ha permitido a la empresa alcanzar un nuevo nivel de productividad. Buena parte de este aumento se debe a la mejora de los tiempos de actividad y de las tasas de uso, que han superado con creces el 90%.
«Hay principalmente dos razones por las que han podido alcanzar esta elevada disponibilidad», comenta Cruts. «En primer lugar, los equipos han demostrado durante años que son capaces de ofrecer un elevado grado de fiabilidad y consistencia, resultados que se ven respaldados por nuestro compromiso integral de ofrecer asistencia técnica a todos nuestros clientes. En segundo lugar, los procesos de automatización que incorpora la arquitectura de los sistemas MetalFab permiten imprimir con un mínimo de turnos y recursos y reducen considerablemente el tiempo necesario para pasar de un trabajo a otro. Además, todas las operaciones se llevan a cabo de manera automática».
En la práctica, eso significa que Stoke Space puede seguir imprimiendo piezas por la noche y durante los fines de semana sin necesidad de contar con personal en esos turnos. «Requiere muchas menos horas de trabajo operativo y podemos extraer mucho más rendimiento de las máquinas y de nuestro departamento con menos personal», afirma Parker Reynolds, ingeniero de AM en Stoke Space «[Esta tecnología] es tan estable y se producen tan pocas incidencias que a menudo me olvido de que las impresoras están en marcha. Inicio el proceso y, cuando regreso dos días después, las piezas están listas esperándome o la máquina ya ha empezado a imprimir el siguiente lote sin que ni mi equipo ni yo tengamos que supervisar nada».
A estas elevadas tasas de uso contribuye asimismo un sistema de gestión del polvo totalmente integrado y automatizado, que minimiza el riesgo de que los operarios estén expuestos a las partículas de polvo metálico, el oxígeno y la humedad, por lo que garantiza tanto la seguridad como la calidad del material. Cruts hace especial hincapié en la herramienta Powder Load Tool (PLT) de Additive Industries, que carga el polvo metálico directamente desde la fuente de atomización, lo transporta en condiciones inertes y lo introduce automáticamente en los sistemas.
La AM como pilar del sector aeroespacial
Las soluciones de fabricación aditiva de Additive Industries son, en definitiva, fundamentales para el desarrollo de la tecnología de cohetes reutilizables de Stoke Space. Aunque no se ha hecho público qué componentes del vehículo de lanzamiento Nova de dos etapas se fabrican mediante la impresión 3D exactamente, la tecnología se emplea para elaborar diferentes estructuras críticas y permite a la compañía perfeccionar, probar y ajustar rápidamente sus diseños, incluso los realizados con aleaciones exigentes para que puedan resistir las altas temperaturas.
«La fabricación aditiva de metal permite a las empresas de lanzamientos espaciales desarrollar e iterar los diseños de sus productos a un ritmo mucho más rápido que el de la fabricación convencional al tiempo que mejora notablemente los estándares de calidad. Estas ventajas ofrecen la oportunidad de aumentar la eficiencia, crear diseños totalmente nuevos y simplificar la cadena de suministro. Además, con la ayuda de esta tecnología es posible desarrollar y procesar materiales avanzados que resultaría mucho más complejo tratar mediante métodos convencionales», señala Andrew Hawkins, director de Desarrollo de Producto de Additive Industries.
Para esta compañía, el sector aeroespacial constituye un pilar estratégico a la hora de impulsar la adopción de sus soluciones. De hecho, Stoke Space no solo ha sido el primer cliente en instalar el sistema MetalFab 420K, sino que la firma asegura que las empresas de los sectores espacial y aeroespacial representan más del 50% de la base total instalada.
La relación simbiótica entre la fabricación aditiva de metal y la industria aeroespacial no va a dejar de evolucionar, dado que los avances de la primera contribuyen a impulsar nuevas innovaciones en la segunda. «En Additive Industries estamos convencidos de que hemos logrado una importante serie de avances tecnológicos a lo largo de la última década, hasta el punto de que nuestra solución ya se ha consolidado como un proceso de fabricación industrial viable en el sector. Nuestro objetivo actual es seguir trabajando para afianzar, potenciar y mejorar esta posición para continuar mejorando la fiabilidad y los tiempos de actividad de nuestra tecnología y hacer de ella una solución rentable capaz de operar a gran escala» concluye Hawkins.
«Al tiempo que desarrollamos y actualizamos nuestros sistemas, ampliamos la lista de materiales, optimizamos los parámetros del proceso y mejoramos nuestra avanzada tecnología de supervisión, nos centramos en cómo acompañar a nuestros clientes para ayudarles a sacar partido de la fabricación aditiva industrial de manera integral. De este modo, nos aseguramos de ofrecerles una plataforma idónea para garantizar la rentabilidad de la producción y preparar el proceso de validación, que cuenta con el aval de nuestro conocimiento de las aplicaciones y nuestra infraestructura de soporte».
