La fabricación aditiva ha superado la fase en la que supuestamente iba a sustituirlo todo, lo que permite decir ahora dónde encaja realmente.
Qué pasa después de la impresión
La máquina termina y la pieza no está terminada.
Según el proceso y la aplicación, lo que sigue puede incluir retirar la pieza de la plataforma de impresión, quitar las estructuras de soporte, un tratamiento térmico de alivio de tensiones, el prensado isostático en caliente para cerrar la porosidad interna, el mecanizado de superficies críticas porque la tolerancia y la rugosidad tal como se imprimen son insuficientes, el acabado superficial, la limpieza del polvo atrapado en los canales internos, y la inspección.
La impresión es el paso visible y con frecuencia la parte menor del coste. Los business cases que comparan tiempo de máquina con tiempo de mecanizado están comparando las cosas equivocadas.
Dos consecuencias que vale la pena decir sin rodeos.
La capacidad de posproducción determina el rendimiento. Una organización que compra una impresora sin la capacidad de acabado ha comprado un cuello de botella que alimenta a otro cuello de botella.
Las características internas pueden ser un pasivo. Los canales internos complejos son una ventaja destacada de la aditiva, y también es donde queda atrapado el polvo y donde más difícil resulta inspeccionar. Diseñarlos es fácil; verificarlos no.
Dónde gana realmente la aditiva
Cinco casos, planteados como casos y no como potencial.
Volumen bajo. Sin utillaje no hay amortización, así que en cantidades pequeñas la aditiva suele ser más barata que cualquier proceso con utillaje.
Geometría compleja que no se puede hacer de otro modo. Canales de refrigeración internos, estructuras reticulares, formas optimizadas topológicamente. Si la alternativa es imposible y no solo cara, la comparación es fácil.
Consolidación de piezas. Sustituir un ensamblaje de muchas piezas por un único componente impreso elimina sujeciones, uniones, mano de obra de montaje y puntos de fallo. Aquí suele estar el valor real, y es invisible si comparas coste de pieza con coste de pieza.
Utillaje. Plantillas, útiles y moldes, incluidos los moldes de inyección con refrigeración conforme, una de las aplicaciones comercialmente más probadas.
Piezas de repuesto. Componentes obsoletos para equipos todavía en servicio, donde la alternativa es refabricar el utillaje o sustituir la máquina.
Dónde no gana
Igual de concreto, porque los límites honestos son lo que hace creíbles las victorias.
Producción en volumen de piezas sencillas. Los procesos convencionales son más rápidos y más baratos por unidad, y ninguna mejora cambia la forma de esa curva.
Donde importan el acabado superficial y la tolerancia. Las superficies aditivas tal como se imprimen generalmente exigen mecanizado para las superficies funcionales, lo que reintroduce un proceso convencional.
Donde las propiedades del material deben ser ciertas y trazables. Las propiedades varían con los parámetros de impresión, la orientación, la posición en la plataforma y la máquina, lo que hace que la cualificación sea considerable.
Donde el material no está disponible o no es económico. El polvo es caro y el catálogo de materiales cualificados es más estrecho que en convencional.
Dónde encaja esto en el dominio
Fabricación aditiva e impresión 3D es la quinta de las diez direcciones del dominio de manufactura avanzada de Astra Trainer, y se conecta con la ingeniería de fabricación para la selección de proceso, con la ingeniería de calidad y fiabilidad para la cualificación, y con el diseño de producto y CAD para el diseño para aditiva.
Depende mucho de los materiales avanzados, en particular de la metalurgia y los materiales energéticos, porque las propiedades de una pieza aditiva son un resultado metalúrgico del propio proceso de impresión. Los socios que adoptan la aditiva suelen necesitar a la vez capacidad de proceso, diseño y cualificación, no solo operación de máquina. Puedes ver las diez direcciones aquí.
El diseño es la limitación, no la máquina
El hallazgo más claro sobre plantilla en esta dirección.
Las máquinas están disponibles y mejoran. Los servicios de impresión bajo demanda significan que una organización puede acceder a la capacidad sin invertir en capital. Lo que limita la adopción es la gente capaz de diseñar para ella.
Cuatro cosas que exige diseñar para aditiva y que el diseño convencional no exige.
Pensar en la dirección de impresión. La anisotropía significa que las propiedades difieren a lo largo y a través de las capas de impresión. La orientación afecta a la resistencia, el acabado superficial, la necesidad de soportes y el coste, y hay que decidirla durante el diseño.
Diseñar para eliminar soportes. Los voladizos necesitan estructuras de soporte, que cuestan material, tiempo y mano de obra de retirada, y pueden ser imposibles de quitar de características internas. La geometría autoportante es una habilidad de diseño.
Saber cuándo consolidar. Reconocer que seis piezas podrían ser una, y entender qué le hace eso al montaje, la inspección y la reparación.
Diseñar para todo el recorrido. Incluido cómo se sujetará la pieza para mecanizarla, cómo escapará el polvo, y cómo se inspeccionará.
Un diseñador formado solo en diseño convencional producirá una pieza convencional fabricada de forma cara por un proceso aditivo, que es la forma más común en que decepcionan los proyectos de aditiva.
Los puestos, uno a uno
Ingenieros de diseño para aditiva. El puesto escaso y el que desbloquea el valor.
Ingenieros de proceso aditivo. Parámetros, configuración de impresión, orientación y estrategia de soportes.
Operadores de máquina y técnicos de impresión. Incluido el manejo de polvo.
Técnicos de posproducción. Retirada de soportes, acabado y mecanizado. La limitación de rendimiento.
Metalúrgicos e ingenieros de materiales para la cualificación del polvo y de las propiedades de la pieza.
Especialistas en inspección, en particular tomografía computarizada para características internas, uno de los pocos métodos que puede ver el interior de una pieza impresa.
Ingenieros de cualificación y certificación para aplicaciones reguladas.
Especialistas en manejo de polvo y seguridad.
A quién se puede reconvertir hacia aquí
Mecanizadores y programadores de CNC. Entienden la sujeción de piezas, las tolerancias y el acabado, que es la mitad de posproducción. También son quienes mecanizarán la pieza impresa.
Ingenieros de diseño. Necesitan la capa de diseño para aditiva, la reconversión de mayor impacto disponible aquí.
Metalúrgicos y técnicos de materiales. Hacia la cualificación de polvo y de pieza, donde su conocimiento existente aplica directamente.
Matriceros. Hacia las aplicaciones de utillaje, uno de los usos más probados y directamente adyacente a lo que ya hacen.
Técnicos de ensayos no destructivos. Hacia la inspección de aditiva, que exige métodos adaptados a la geometría interna.
Soldadores. Una reconversión inesperada y sólida hacia los procesos de deposición de energía dirigida, más cercanos a la soldadura que a la impresión.
El polvo metálico es peligroso. Los polvos metálicos finos presentan riesgo de explosión por polvo combustible, y algunos, incluidas las aleaciones de titanio y aluminio, son especialmente reactivos. La exposición respiratoria a polvos metálicos conlleva riesgo para la salud, y algunos materiales tienen límites de exposición específicos. El manejo exige procedimientos de atmósfera inerte para algunos materiales, extracción adecuada, equipo de protección individual y controles determinados por una evaluación de riesgos competente. La formación construye comprensión y conciencia de los riesgos. No constituye una evaluación de riesgos ni una autorización para manejar ningún material específico.
Qué llevarte de todo esto
La impresión es la mitad barata. La posproducción, la inspección y la cualificación cuestan con frecuencia más, y los business cases suelen omitirlas.
La aditiva gana en volumen bajo, geometría imposible, consolidación de piezas, utillaje y repuestos, y pierde en coste unitario a volumen y donde importan el acabado y la certeza.
La consolidación de piezas es donde suele estar el valor real, y comparar coste de pieza con coste de pieza lo oculta.
La capacidad de diseño es la limitación, más que el acceso a la máquina, y un diseñador formado de forma convencional produce una pieza convencional fabricada de forma cara.
Y los mecanizadores de CNC, los diseñadores y los metalúrgicos son las tres reconversiones que importan, con los soldadores como un encaje inesperado para los procesos de deposición.
¿Por qué decepcionan los business cases de aditiva?
Porque comparan tiempo de impresión con tiempo de mecanizado y omiten la posproducción, la inspección y la cualificación, que con frecuencia cuestan más que la propia impresión.
¿Dónde gana realmente la aditiva?
Volumen bajo, geometría que no se puede hacer de otro modo, consolidación de piezas que sustituye ensamblajes, utillaje incluidos los moldes con refrigeración conforme, y piezas de repuesto obsoletas.
¿Qué limita la adopción?
Los diseñadores capaces de diseñar para aditiva. La orientación de impresión, la geometría autoportante, el criterio de consolidación y diseñar para todo el recorrido son habilidades que el diseño convencional no enseña.
¿Por qué es cara la cualificación?
Porque las propiedades del material dependen de los parámetros de impresión, la orientación, la posición en la plataforma y la máquina específica, así que demostrar propiedades consistentes exige una evidencia considerable.
¿Quién se reconvierte hacia puestos de aditiva?
Mecanizadores de CNC hacia la posproducción y la configuración, ingenieros de diseño hacia el diseño para aditiva, metalúrgicos hacia la cualificación, matriceros hacia las aplicaciones de utillaje, y soldadores hacia la deposición de energía dirigida.