David Alonso, Responsable Unidad Diseño industrial y Metrología dimensional

ITECAM (Centro Tecnológico Industrial de CLM)

Fabricación aditiva: ¿Alternativa para una industria más sostenible?

La fabricación aditiva (FA) o fabricación por adición está viviendo un momento de transformación. Ha pasado de ser un tipo de fabricación con importantes limitaciones para la industria, a convertirse cada vez más en una alternativa atractiva para muchas empresas que encuentran en esta tecnología de fabricación un nuevo horizonte para producir de forma más barata, eficiente, personalizada y sostenible.  

Fabricación aditiva ya no es sinónimo únicamente de creación de prototipos. Durante las últimas décadas hemos avanzado unos pasos más allá para lograr aplicaciones de uso final de buena calidad, fabricadas en materiales con los que hace unos años ni siquiera podríamos plantearnos trabajar como los polímeros, metales, la cerámica y compuestos.

Las innovaciones en el uso de materiales y corregir algunos de los principales talones de Aquiles actuales, como son: Los procesos de extrusión en el metal, la durabilidad en los polímeros o las limitaciones en cuanto a la producción de grandes series, redundarán en importantes avances en la fabricación aditiva.

Los comienzos y el despegue de la fabricación aditiva

Pero ¿cómo comenzó todo esto de la fabricación aditiva? ¿Cuál fue el germen que daría paso a todo lo demás? Para conocer cómo se gestaron los albores de la fabricación aditiva debemos remontarnos hasta el año 1984 cuando el inventor y empresario Charles W. Hull, más conocido como Chuck Hull, inventó la estereolitografía, la técnica de prototipado y manufactura aditiva más antigua.

Sumado a este invento, pero dos décadas más tarde, la liberación de tres patentes en la década de los 2000 (SLA, SLS y FDM) propiciaría un avance muy significativo de la FA en cuatro direcciones: Abaratamiento del precio de la tecnología; mayor competitividad en el sector; impulso al desarrollo e investigación de nuevas tecnologías, procesos y equipamientos; sin olvidarnos de la disminución del precio de los materiales.

Como tercer hito, podemos situar el despegue definitivo de la fabricación aditiva en 2009. Con la última liberación de patente, se disparó la venta de impresoras 3D a nivel internacional y comenzó a incrementarse el número de fabricantes, especialmente en polímeros y metal.

¿Y los próximos años? Según la firma de consultoría especialista en FA, Wohlers Associates, la proyección a futuro de la fabricación aditiva es exponencial, incrementándose el valor de mercado global de esta industria hasta alcanzar los 37 billones de dólares en 2026.

El abaratamiento de los costes de acceso y la reducción en los tiempos de fabricación han acelerado la democratización de esta tecnología y su transversalidad.

Rápida y efectiva integración de la FA en la industria

 
Aún con limitaciones, la fabricación aditiva supone importantes ventajas respecto a la fabricación tradicional, entre las que podemos destacar: La flexibilidad de producción, la diversidad de materiales de fabricación, las posibilidades en cuanto a personalización de producto, la velocidad de desarrollo, los bajos costes de acceso a la tecnología y la eliminación de stock.

La reducción de los tiempos de fabricación también se está convirtiendo en un factor importante a tener en cuenta. A grandes rasgos, en la fabricación tradicional podemos decir que se siguen siete pasos durante el proceso de diseño y producción: Diseño; cálculo y validación; planos de fabricación; pedido de material; creación de moldes o utillaje; fabricación y validación. Pues bien, en el caso de la fabricación aditiva, estos pasos o etapas se reducen a cuatro: Diseño; cálculo y optimización; fabricación y validación.

Precisamente, el abaratamiento de los costes de acceso y la reducción en los tiempos de fabricación han acelerado la democratización de esta tecnología y su transversalidad, siendo los sectores que más están apostando por este tipo de fabricación: Industrial, construcción, retail, sanitario y alimentario.

En la industria, subsectores como la automoción o la aeronáutica se están decantando por esta tecnología de fabricación. Encontramos dos ejemplos a reseñar: El inyector de combustible de un motor leap, desarrollado por Selective Láser Melting; o las series de colectores de admisión de aluminio y palancas HVAC impresas en carbono por Ford.

En el sector de la construcción también podemos observar vistosos ejemplos en obra civil, como la fabricación en 2021 de un puente de acero totalmente funcional sobre un canal de Ámsterdam, desarrollado y construido por la empresa MX3D 3D. También en construcción residencial destacamos la propuesta de Icon y Lennar de construir el mayor vecindario con casas prefabricadas en impresión 3D en el área de Austin (Texas, Estados Unidos).

Por su parte, en retail, la fabricación aditiva llega con fuerza hasta el calzado o la joyería, sectores que están consiguiendo diferenciarse por la personalización de los productos y la producción de series más cortas.

Aplicaciones de FA en férulas 3D o en bioimpresión para replicar tejidos a partir del material biológico del propio paciente destacan en el ámbito sanitario. Por último, también caben destacar las aplicaciones de la impresión 3D más conocidas para el gran público, las del sector alimentario respecto a la producción de carne vegetal o dulces, entre otros alimentos.

 

Puente construido por fabricación aditiva en Ámsterdam. Imagen: © My Modern Met.

Vecindario en Texas construido por fabricación aditiva. Imagen: © Icon.

Fabricación aditiva vs. fabricación tradicional: ventajas e inconvenientes

Hemos detallado algunas de las principales ventajas de la fabricación aditiva respecto a la tradicional, así como las aplicaciones que ya se están observando en la industria y en otros sectores. Llegados a este punto, toca hacer la pregunta del millón: Hoy en día, ¿La fabricación aditiva puede sustituir a la fabricación tradicional? Pues, aunque parezca extraño después de todo lo comentado, la respuesta es no, todavía no puede sustituirla por completo.

La fabricación tradicional continúa siendo la opción más rentable para grandes series de producción y para la fabricación estandarizada. Además, se trata de un tipo de fabricación muy arraigada y altamente especializada, con un gran número de profesionales ya formados. La aplicación de la fabricación aditiva en una industria puede toparse con la resistencia inicial de los equipos de trabajo y con la falta de aplicabilidad en función del volumen de las series que se requieran producir.

Por el contrario, en el caso de series cortas y medias, la fabricación aditiva sí resulta rentable, más sostenible y presenta menos limitaciones geométricas. En este tipo de volúmenes de producción puede integrarse con mayor facilidad en los procesos de fabricación seriada y resultar más sencillo formar a las plantillas con la vista puesta en producciones mayores.

Dadas las características de ambas, son tecnologías de fabricación perfectamente complementarias. Probablemente, en los próximos años veamos como coexisten y como la fabricación aditiva va ampliando y consolidando su hueco en el sector industrial.

Desde Itecam (Centro Tecnológico Industrial de Castilla-La Mancha) se trabaja en fabricación aditiva desde diferentes perspectivas: Proyectos de I+D, formación, así como en el diseño y desarrollo de productos desde la Unidad de Diseño y Fabricación Digital. Si necesitas asesoramiento para llevar a acabo un proyecto de fabricación aditiva, puedes contactar con nosotros en el correo electrónico: david.alonso@itecam.com.