CETEM, centro pionero en tecnología 3D

Es innegable que la impresión 3D abre todo un mundo de posibilidades y aplicaciones en el sector industrial. A pesar de que todavía no se ha desarrollado la tecnología que llegue a sustituir a los procesos de fabricación completos, en su formato actual la tecnología 3D sirve para ahorrar en materia de prototipos, residuos y emisiones.

Hablamos con José Antonio Ibáñez, responsable del Departamento de Ingeniería de Producto en CETEM, para que nos cuente de qué manera la impresión 3D está transformando el proceso de diseño y fabricación de un producto, y como CETEM puede ayudar a las empresas a ser más competitivas en este nuevo terreno.

¿Cuál es el potencial de la impresión 3D en su aplicación dentro del proceso industrial?

La primera revolución industrial fue desencadenada por la generalización de la máquina de vapor; la segunda, por la electricidad y las cadenas de montaje; y la tercera, por la electrónica. Según todos los expertos, la cuarta revolución está a la vuelta de la esquina, y habrá muchos cambios tanto en la sociedad, los productos y por supuesto en los procesos de fabricación. No creo que la fabricación aditiva vaya a revolucionar el mundo, pero sí soy de los que piensa que junto con la robótica y la inteligencia artificial, será uno de los pilares de ese cambio que está llegando.
Lo primero que hay que saber de la impresión 3D, es que no es una tecnología nueva, ya que tiene unos 30 años de antigüedad. En CETEM comenzamos en 2002, que fue el año que se incorporó la primera máquina de impresión 3D, primera de la Región de Murcia y una de las primeras de España, pero no ha sido hasta hace pocos años cuando se ha comenzado a dar a conocer masivamente a nivel mundial, coincidiendo con la salida al mercado de las impresoras 3D de escritorio.

Este hecho ha ayudado enormemente a difundir la tecnología y su reconocimiento, pero ha hecho creer que los consumidores podrían ser diseñadores y tener una pequeña fábrica en casa, ahorrar tiempo y dinero simplemente imprimiendo piezas de mucha calidad muy fácilmente. Evidentemente esto no es la realidad. La verdad es que estas impresoras utilizan una tecnología con muy mala calidad y el manejo no es tan sencillo como imprimir con una impresora de papel. La mayoría de usuarios carece de los conocimientos de diseño y construcción que hay que tener para conseguir resultados aceptables.

¿Cuál es el potencial de la impresión 3D en su aplicación dentro del proceso industrial?
La buena noticia es que existen varios tipos de tecnologías de fabricación aditiva diferentes. Se trata de sistemas de nivel profesional, como con las que contamos en CETEM, y son capaces de trabajar en materiales muy diversos, como termoplásticos, composites, cerámicos, resinas, metales e incluso materiales biocompatibles.

Además se están produciendo enormes avances, y prueba de ello son las noticias que aparecen a diario en los medios, por lo que el enfoque se está reconduciendo del uso individual hacia la producción industrial, y no me refiero a la producción de prototipos, sino a la producción de aditivos de forma automatizada.

Hay un factor esencial que es lo que denomino ‘diseñar en aditivo’. Los diseñadores e ingenieros actuales, entre los cuales me incluyo, todavía estamos muy influenciados por las restricciones de los métodos tradicionales de fabricación. Si intentamos fabricar una pieza convencional con una impresora 3D, no obtendremos resultados destacables, por lo tanto tiene que haber un cambio de mentalidad en los nuevas creaciones, desarrollando propuestas más radicales con formas imposibles.

Quizás las nuevas generaciones de diseñadores nos aporten esa chispa que nos aleje de lo convencional. Hasta que esto no cambie y no comencemos a diseñar cosas que parezcan diferentes a lo creado hasta la fecha, no conseguiremos ver los verdaderos beneficios de la fabricación aditiva.
En los próximos años, la fabricación aditiva se convertirá en una parte integral de la producción industrial y el proceso de producción tradicional cambiará de manera notable.

¿Qué problemas resuelve la impresión 3D y cómo puede adaptarse a las necesidades de una empresa?
La fabricación aditiva tiene muchas ventajas comparadas con las tecnologías de fabricación convencional, pero para garantizar una integración exitosa dentro de nuestro proceso de producción hay que cumplir un requisito esencial, y es que sólo hay que incorporarla allí donde su uso se puede justificar, y para ello habrá que tener muy presente sus principales ventajas.

Una de ellas, o quizás la más destacable, es que la fabricación se realiza a base de superponer capas horizontales de material. Esta característica permite reproducir casi cualquier forma por compleja que sea, no existen casi limitaciones, por lo que un punto fuerte es la producción de piezas que no se pueden realizar con métodos de producción alternativos, es decir piezas o diseños imposibles. Cuántas veces hemos oído la frase de “Eso no se puede hacer”.

De la misma forma, otro de los factores de diferenciación de la fabricación aditiva es la capacidad para fabricar piezas únicas o en pequeñas series, que son inviables con otros métodos de fabricación ya que requieren una alta inversión y no sale rentable fabricar una sola pieza, lo que hace que este tipo de productos sean más accesibles. Por ejemplo, cualquier pieza que requiera la realización de un molde o matriz, no resulta rentable hasta alcanzar un mínimo de unidades.

Por otro lado, otra manera de diferenciarse es permitir a los usuarios finales personalizar los productos de consumo a sus gustos y necesidades. Esta nueva tendencia requiere de procesos de fabricación personalizados, por lo que la fabricación aditiva se esta convirtiendo en una herramienta ideal para este nuevo enfoque de fabricación digital, ya que podemos crear productos a la carta sin apenas incremento de coste. Algunas empresas fabricantes de calzado deportivo están trabajando para suministrar las suelas intermedias adaptadas al peso corporal y a la forma del pie de los atletas.
Otra característica importante es que no necesita tanta mano de obra calificada como las maquinarias CNC o los procesos de moldeo por inyección, rotomoldeo, termoformado, ect. Por lo que se pueden aplicar una fabricación localizada muy fácilmente, es decir, simplemente con los datos digitales se podría fabricar en cualquier parte del mundo, lo que aportaría grandes ahorros en transporte, aduanas, etc., eliminando los almacenes, aportando una disponibilidad inmediata, a nivel global y a largo plazo.

Pongo como ejemplo el sector de las piezas de repuesto Fabricarla en su punto de origen y hacerla llegar a otra parte del mundo es un proceso que en la mayoría de los casos tiene unos costes y unos plazos de tiempo altísimos, también aporta nuevas posibilidades a las piezas que ya no están disponibles por que ya no se producen.

Actualmente la impresión 3D es una tecnología de fabricación que se utiliza de forma aislada, en los próximos años pasará a ser un componente esencial de los procesos de fabricación, ya que será capaz de combinarse con las tecnologías de fabricación convencionales, lo que permitirá a los fabricantes aportar valor a sus productos aprovechando sus principales características.

No hay que entender la fabricación aditiva como única o sustituta de la fabricación convencional, si no, que hay que entenderla como un complemento, el verdadero potencial esta en realizar una fabricación combinada, es decir aditiva para piezas a medida y substrativa para piezas estándar.

La fabricación aditiva es el proceso de unir materiales para fabricar objetos a partir de los modelos digitales 3D. Estos modelos se obtienen principalmente mediante los programas CAD de modelado tridimensional, donde los creativos e ingenieros pueden diseñar sus proyectos en tres dimensiones.

Aunque estas herramientas han evolucionado mucho en los últimos años, todavía resulta bastante complicado desarrollar geometrías complejas o de perfil más orgánico a través de ellas, pongo como ejemplo las tallas de madera o los modelos tapizados con sus formas redondeadas.
Para muchos de estos casos, en CETEM utilizamos la tecnología de digitalizado tridimensional o escaneo 3D, que nos permite obtener un modelo digital en 3D, por ejemplo de una butaca, el cual podemos utilizar para efectuar diferentes propuestas estéticas (modificaciones, rediseños, variantes de medida, etc).

Una vez tenemos la forma del modelo exterior, se puede utilizar como base para poner en marcha la parte de ingeniería e ir desarrollando el diseño de todos sus componentes internos, estructura o esqueleto, sistema de suspensión, soportes giratorios o patas, accesorios, mecanismos, ect. La combinación posterior con un sistema de fabricación aditiva nos permitiría obtener un prototipo de cualquiera de las partes diseñadas.
Si lo llevamos a su máximo exponencial, con los avances que están sufriendo ambas tecnologías, en unos pocos años está combinación nos permitirá replicar cualquier pieza o producto con relativa facilidad, por lo que habrá muchos problemas con la vulnerabilidad de los derechos de autor y la propiedad industrial.

¿Cómo puede beneficiarse la industria del mueble de la impresión 3D y sus aplicaciones?

Conviene matizar que hay cinco tipos de técnicas de fabricación aditiva, en CETEM contamos actualmente con tres de ellas, cada una posee características diferentes en cuanto a materiales, precisiones, dimensiones, velocidad, etc. y las empleamos para aplicaciones muy diversas. Hay que señalar que existen tres tipos de aplicaciones principales para la fabricación aditiva y CETEM cuenta con experiencias piloto y proyectos en todas ellas. La primera y más conocida es el Prototipado Rápido (Rapid Prototyping).

Hemos desarrollado prototipos estéticos, funcionales, técnicos para validación de las diferentes fases del diseño de nuevos productos, tales como asientos, patas, herrajes, tiradores, manivelas, brazos, respaldos, lámparas, butacas, sillones, paneles, etc.

La segunda aplicación y menos conocida es la Fabricación Rápida de Herramientas (Rapid Tooling), aquí hemos desarrollado tanto el método indirecto, por el cual fabricamos el master o pieza maestro que posteriormente nos sirve de apoyo para desarrollar el molde a partir de ellos, pongo como ejemplo los que se necesitan para la fabricación de piezas mediante espumación de gomaespuma para muebles tapizados, o también para la creación de piezas artísticas como la reproducción de tallas en moldes de silicona, un último ejemplo seria para la creación de piezas de fundición metálica en molde de arena, para brazos, pies o herrajes.

También hemos desarrollado el método directo, por el cual fabricamos la herramienta directamente, por ejemplo, hemos creado piezas de repuesto que ya no se fabricaban para maquinaria de corte de tela, también hemos desarrollado utillaje para la sujeción de piezas, así como plantillas para el soldado de estructuras.

Existe también la posibilidad de fabricar directamente del molde, como por ejemplo para aplicaciones de colada de espumas de poliuretano, termoformado para piezas de embalaje, o inyección a baja presión de termoplásticos.

La tercera aplicación y quizás la más ambiciosa y menos explorada es la Fabricación Rápida (Rapid Manufacturing), es decir la fabricación de piezas o productos finales, en este último caso hemos desarrollado pequeñas series de piezas similares a las piezas de plástico de inyección, como por ejemplo para cajas de electrónica, tapones, embellecedores o pequeñas carcasas.

Por último comentar que desde nuestra experiencia, la fabricación aditiva tiene algunas restricciones importantes que no encajan en el mercado actual, es un error pensar que vamos a fabricar un armario o un sofá completo en una máquina de impresión 3D, la tecnología tiene que mejorar y está evolucionando a modelos de producción mucho más rápido, de manera automatizada, y en mayor diversidad de materiales con características más avanzadas.

Es evidente que la fabricación aditiva está facilitando la creación de nuevos modelos de negocio, y estamos convencidos que el sector del hábitat puede ser un posible escenario a medio plazo.