El uso de técnicas de producción aditiva ha avanzado ya más allá de su uso inicial único en ‘prototipos rápidos’
A día de hoy ya se utilización en producción limitada, pero las técnicas aditivas encuentran también su uso para el desarrollo de productos. Un ejemplo es el Centro de Impresión 3D de Plásticos dentro del Centro Pre-Series de Audi en Ingolstadt, Alemania. La planta está ensayando el potencial de la máquina Stratasys J750 en la creación de prototipos para cubiertas de focos traseros y como resultado de su investigación la marca ha decidido añadir una de estas máquinas a su inventario de tecnologías aditivas. “Hemos ensayado y utilizado la J750 con éxito especialmente en la impresión de cubiertas para los focos traseros en colaboración con Stratasys y los proveedores”, confirma Dr. Tim Spiering, director del Centro de Impresión 3D.
Reducción de los plazos de entrega En el caso de las cubiertas de los focos traseros, la empresa considera que el principal beneficiado será la reducción de los tiempos de desarrollo. “Esperamos alcanzar una reducción de los tiempos de producción de las cubiertas de los focos traseros de hasta el 50% respecto a los métodos tradicionales de fresado o moldeado” confirma Dr. Spiering.
La máquina también ofrece la posibilidad de experimentar con diferentes colores y Audi pretende aprovechar la oportunidad al máximo. “Nuestra primera área de aplicación será la producción de prototipos de varios colores para los modelos de focos”, comenta Dr. Spiering. “Vamos a combinar tonos de rojo y amarillo, ya que son los colores utilizados comúnmente en iluminación”.
Dr. Spiering explica que uno de los principales retos de las anteriores técnicas de prototipos era el equilibro entre el deseo de experimentar con diferentes combinaciones de colores y el intenso trabajo de ensamblado que conlleva el utilizar cubiertas de varios colores para los focos traseros. Las piezas coloreadas individualmente debían ensamblarse para crear unidades complejas, ya que no se podían crear de una única pieza. Por otro lado, la nueva máquina J750 permite la producción de cubiertas de focos traseros completamente transparentes y de varios colores, por lo que se evita el proceso anterior de varias fases. Tampoco será una limitación a la capacidad de la empresa para experimentar, ya que el equipo de Audi dispondrá de 500,000 colores. Dr. Spiering afirma que “gracias a la gran resolución de impresión de la máquina, esperamos que las partes granuladas del interior muestren un gran nivel de detalle”.
Dr. Spiering no puede sin embargo detallar cuál será el impacto final de esta aplicación específica en los plazos de desarrollo. “En general, la reducción de los plazos nos permitirá crear mas alternativas de diseño en un intervalo determinado”. “Pero la producción de los focos traseros es tan solo un paso en el proceso de diseño de las luces, por lo que tendremos que evaluar el impacto más a largo plazo”.
Sin embargo, también se explotarán otras características materiales tanto en cuestión de aspecto como en cuestión de procesamiento. Dr. Spiering añade que “ya que pretendemos utilizar la máquina en otras áreas de aplicación, se utilizarán materiales de moldeado estándares y otros materiales flexibles en la máquina para aplicaciones de prototipo además de las cubiertas de los focos”.
Capacidad de múltiples colores en el proceso de desarrollo Es interesante que la máquina es un ejemplo de lo que Stratasys denomina la tecnología ‘Poly-Jet’ derivada de las técnicas comunes de impresión de chorro de tinta y que añadió a su catálogo cuando adquirió la empresa israelí Objet hace algunos años. En el caso de Audi, la nueva máquina complentará a otras del mismo tipo. “Esperamos que el J750 sea de utilidad junto con otras máquinas Poly-Jet de nuestro catálogo, lo que nos permitirá tomar decisiones de siseño en elementos interiores y exteriores”, declara Dr. Spiering. Pero Audi considera que la capacidad multi-color permitirá no solo decisiones de estilo, sino también cuestiones de ingeniería más ‘estructurales’. “Permitirá crear modelos de colores de componentes automotrices, como motores, elementos de control o electrónicos que facilitarán el proceso de desarrollo”, indicó Dr. Spiering.
Scott Sevcik, vicepresidente de soluciones de producción de Stratasys, reitera la importancia de factores como el color, textura y detalle visual de las piezas impresas como herramientas reales de ingeniería. Sevcik afirma que Poly-Jet surge como una tecnología relativamente económica pero que no debe infravalorarse su capacidad sofisticada. Comenta que complementa a otras tecnologías aditivas del catálogo de Stratasys, como la ‘deposición de hilo fundido’ (FDM) que es una técnica de extrusión guiada, y para la que sirvió de referencia. Un atributo esencial del FDM en contraste con la técnica Poly-Jet es sencillamente la robustez de las piezas que produce, por lo que es adecuada para aplicaciones como el utillaje de moldes de materiales compuestos o incluso algunos componentes de uso final. “Las técnicas se solapan”, comenta.
Antero 800NA es un nuevo material termoplástico que llegó al mercado en abril de este año. Este nuevo producto, declara Sevcik, se basa en el material Polieteretercetona (PEKK) y en aplicaciones automotrices su capacidad más interesante es su elevada resistencia a los hidrocarburos como los combustibles y lubricantes. También cuenta con una resistencia suficiente al calor para su aplicación bajo el capó. Además, la técnica FDM es de extrusión continua, por lo que las piezas producidas así deberían ser más duraderas que las producidas en otros procesos de aditivos basados en polvos que utilizan materiales PEKK.En otros lugares, las técnicas aditivas han llegado ya a los talleres de producción automotriz, pero no necesariamente como técnicas de fabricación directa. Se utilizan en la fabricación de herramientas para los trabajadores de ensamblado para ayudarles en la gestión de piezas y en operaciones de levantado, entre las ventajas que ofrecen está un ahorro considerable en costes, una producción de herramientas más rápida y herramientas de geometría más precisa tanto respecto a las piezas manejadas como a la fisiología de los trabajadores.
Fabricación interna de herramientas Una de las plantas automotrices que está explorando el potencial de este enfoque es Volkswagen Autoeuropa en Palmela, Portugal, donde ya están informando sobre los grandes beneficios de este enfoque. La planta emplea a 5,700 trabajadores en la producción de los vehículos Volkswagen Sharan y T-Roc y el modelo Seat Alhambra. La producción actual es de 860 vehículos al día. A principios de década la empresa decidió que los plazos de producción y los costes de las herramientas utilizadas resultaban prohibitivos cuando se obtenían externamente. La empresa descubrió que trabajar así aumentaba los plazos varias semanas, especialmente cuando se requerían varios diseños y ensamblados. El análisis se realizó a base de prueba y error en lugar de analizar determinados procesos con objetivos definidos. Por ello comenzaron a estudiar soluciones internas con el objetivo de poder crear más prototipos, calibres, herramientas y piezas de repuesto internamente y reducir así los tiempos de desarrollo y los procedimientos de ensayo.
Una investigación de mercado les llevó a utilizar máquinas de impresión 3D de la empresa holandesa Ultimaker, que utiliza lo que el proveedor tecnológico describe como ‘fabricación de filamentos fusionados’ para fabricar a partir de varios materiales de polímeros. La planta portuguesa cuenta ahora con siete máquinas Ultimaker3 y reporta que han reducido los costes de adquisición en un 91% respecto a la colaboración con proveedores externos, los tiempos de implementación también se han reducido un 95% y se han mejorado la ergonomía, procesos de ensamblado y calidad.
Según Luis Reis, ingeniero de planta piloto, la empresa ha integrado el uso de herramientas producidas con técnicas aditivas en sus procesos de producción. “Hay un amplio rango de herramientas 3D que estamos desarrollando, imprimiendo, ensayando e implementando en Volkswagen Autoeuropa,” confirma. “Varían desde sencillas plantillas y herramientas de mano a calibres complejos como los utilizados para posicionar logotipos y placas, a fijaciones más complejas utilizadas para ensamblar piezas. Los operarios de las líneas de producción utilizan herramientas impresas 3D en todas estas aplicaciones”. Por ello la fábrica no solo utiliza un gran número de herramientas generadas por impresión 3D, también varían los materiales utilizados. Reis proporciona detalles sobre ambas cuestiones.
La impresión 3D ya es parte de la producción En lo referente a las cifras, “hay una aceptación positiva de estos tipos de herramientas y podemos afirmar categóricamente que tenemos una extensa aplicación para las mismas”, declara Reis. “Es razonable afirmar que utilizamos más de 300 herramientas impresas en 3D diariamente en las líneas de producción y se producen piezas de repuesto y componentes para las mismas continuamente”. Comenta que se cada semana se producen tres herramientas completamente nuevas.
En lo referente a los materiales, Reis es muy explicito y asegura que “el éxito de la impresión 3D reside principalmente en los materiales utilizados. Afirma que en Volkswagen Autoeuropa los materiales más comúnmente utilizados son los basados en PLA (ácidos polilácticos), TPU (poliuretano termoplástico), PET (tereftalato de polietileno) y nylon. “Estamos buscando constantemente nuevos materiales en el mercado, por lo que nuestro catálogo de materiales disponibles es muy amplio”.
Pero de forma más general, Reis afirma que hay otros beneficios más difíciles de cuantificar con el uso de máquinas aditivas. El primero es la eficiencia ergonómica, “el diseño y peso ligero de las herramientas 3D impresas añade valor a cualquier línea de producción”, asegura. El factor clave es que las herramientas se pueden diseñar para adaptarse a las necesidades de los trabajadores individuales. Otra capacidad muy efectiva y sencilla es que las herramientas impresas pueden ser de colores. “El uso de códigos de colores es una utilidad muy positiva”. “En nuestra planta, todos los calibres de izquierda son verdes todos los de derecha son rojos. Es una característica muy positiva contar con herramientas con colores diferenciadas, ya que se simplifica la toma de decisiones y se evitan errores potenciales”.
Sin embargo, los beneficios cuantificables siguen siendo la principal justificación de su uso. La empresa identifica los costes relativos de antes y después, los plazos de producción de una herramienta para permitir el posicionamiento preciso y replicable de una placa de compuerta. Anteriormente cada unidad costaba €400 y tardaba 35 días en entregarse. Ahora cuesta €10 y cuatro días. En conjunto, la empresa considera que el uso de herramientas, plantillas y accesorios 3D no solo reduce los tiempos de ciclo, requisitos de trabajo y necesidad de rediseño, también mejora la ergonomía de las herramientas todo ello con una décima parte del coste. Estima que durante 2017 se produjo un ahorro total de unos €325,000.
Reis confirma que el uso de producción aditiva en Volkswagen Autoeuropa se ha extendido mucho más allá de su uso original en ‘prototipos rápidos’. Pero afirma también que todavía hay usos más convencionales de prototipos para esta tecnología en la propia empresa. “Utilizamos la impresión 3D para ensayar piezas rediseñadas”. Reis añade que se aplica el mismo enfoque para ensayar elementos de nuevos equipos de producción destinados a su uso en el taller. “Ayudamos a nuestros compañeros del departamento de planificación con la impresión 3D de componentes críticos de equipos instalados en la línea de producción”. Como tal, sentencia que una apreciación adecuada del potencial de las técnicas aditivas en el entorno de producción requiere que la terminología inicial se considere como efectivamente redundante. O resumiendo: “La palabra ‘prototipo’ es mala publicidad para la impresión 3D”.
