La fabricación se vuelve digital

Un nuevo comité de la ASTM International aborda las tecnologías de fabricación en tres dimensiones

por Kessel Nelson

¿Necesita un audífono que se ajuste a la forma precisa de su conducto auditivo externo? ¿Qué le parece una maqueta a todo color de su cadena montañosa preferida? ¿Alguna vez quiso tener un pastillero PEZ que se parezca a su maestra de tercer grado?

Si respondió “sí” a alguna de estas preguntas —o incluso si no lo hizo— todos estos artículos podrán ser suyos gracias a cualquiera de las diferentes tecnologías comprendidas por la fabricación aditiva (AM, siglas en inglés de additive manufacturing), también conocida como fabricación digital directa.

“Los procesos de la fabricación aditiva constituyen una forma radicalmente diferente de trabajar,” dice el doctor Richard Hague, profesor de la Loughborough University de Leicestershire, Reino Unido, un veterano de la industria. “Cada proceso tiene fortalezas y debilidades, y algunos son más adecuados que otros para hacer piezas específicas”.

Cooperación para un fin común

En respuesta a la necesidad de normalización de la fabricación aditiva, la ASTM International se unió a la Society of Manufacturing Engineers, SME, (Sociedad de Ingenieros de la Fabricación) para crear un nuevo comité que cubra las múltiples tecnologías que comprende la fabricación aditiva.

El mandato de este nuevo grupo, el Comité F42 sobre tecnologías de la fabricación aditiva, es promover el conocimiento de la industria, ayudar a fomentar la investigación y alentar la implementación de tecnología mediante el desarrollo de una serie integral de normas. La solicitud para la creación del Comité F42 surgió de la comunidad técnica de las tecnologías rápidas y de la fabricación aditiva (RTAM, siglas en inglés de rapid technologies and additive manufacturing) de la SME. El profesor y doctor Brent Stucker, miembro del Comité Directivo de RTAM de la Utah State University (Universidad Estatal de Utah), con sede en Logan, Utah, se encargó de conducir este desarrollo. Stucker, quien viene investigando las tecnologías de AM durante más de quince años, ocupará la presidencia del nuevo comité.

“Hemos tratado la necesidad de contar con normas desde hace años, pero la SME no es un organismo normativo”, dice Stucker. “No tenemos la infraestructura necesaria para satisfacer esa necesidad, pero la infraestructura del proceso y del desarrollo de normas de probada eficacia de la ASTM fue la clave de nuestra elección.”

La asociación entre la ASTM y la SME es un hito importante para la industria, remarca Terry Wohlers, presidente de Wohlers Associates Inc., situada en Fort Collins, Colorado, miembro de la SME y con veinte años de experiencia en la industria. Wohlers ve esta colaboración como una etapa futura lógica en el desarrollo de la industria. “Las normas de consenso desarrolladas por la ASTM influirán en la aplicación y en la adopción de tecnologías aditivas en la fabricación de productos en una gran variedad de industrias globales”.

¿Qué significa fabricación aditiva?

Muchos procesos de producción convencional, como el fresado, el torneado y el esmerilado, están comprendidos en lo que se denomina fabricación sustractiva, porque el proceso implica la extracción de material para generar la pieza final: los fabricantes empiezan con un bloque de metal o de madera y eliminan el material sobrante hasta producir el objeto deseado.

Los procesos de AM son exactamente al revés. Los objetos se hacen agregando material — en forma estratificada— hasta constituir la pieza.

La fabricación aditiva comprende varios métodos de producción, pero todos empiezan de la misma manera, con un archivo de diseño asistido por computadora (CAD, siglas de computer-aided design)— una imagen tridimensional de la pieza que se necesita construir creada en una computadora. Una computadora analiza el archivo de CAD y lo corta digitalmente en múltiples secciones transversales o capas —como si fuera un mazo de cartas. La máquina lee el archivo de CAD y recrea el objeto en forma estratificada hasta constituir la pieza deseada.

Algunos de los procesos que se suelen usar en la AM son la fusión por haz electrónico, la estereolitografía, el modelado por deposición de material fundido, la impresión tridimensional, la tecnología Polyjet y la sinterización por láser.

La fusión por haz electrónico es un proceso destinado a la producción de piezas metálicas. Se carga metal pulverizado en una cámara de fabricación hermética en donde un haz de electrones lo calienta y solidifica. La máquina deposita más capas del material que se funden entre sí y se van colocando sobre las anteriores hasta terminar el objeto deseado.
La estereolitografía crea objetos moviendo un rayo láser por la superficie de un envase de polímero líquido o de plástico, lo que hace que se endurezca y se solidifique. Cuando se termina la primera capa del objeto, se baja un poco el envase y el láser vuelve a pasar por la superficie del líquido y forma otra capa del objeto. Las capas se adhieren entre sí a medida que se van generando, y se van acumulando una encima de la otra de manera que cuando se haya terminado la última capa y se escurra el líquido restante, quede solamente el objeto terminado.
El modelado por deposición de material fundido emplea una punta calentada para extrudir materiales termoplásticos como el ABS, siglas de acrylonitrile-butadiene-styrene, acrilonitrilo-butadieno-estireno, y el policarbonato en una plataforma de acumulación. Luego de la formación de la primera capa, la plataforma desciende y se forma la siguiente capa. El proceso se repite hasta que se crea la pieza deseada. Por medio de una punta de extrusión se deposita otro material que se usa para sostener la estructura y se retira al final del proceso.
La impresión tridimensional (3DP, siglas de 3-dimensional printing) es un proceso que usa un cabezal de impresión de inyección de tinta para depositar un líquido aglutinante sobre la superficie de un polvo, como sería un material compuesto a base de yeso. El proceso puede depositar tinta de color y, como resultado, se obtienen piezas multicolores.
La tecnología Polyjet usa un cabezal de impresión de inyección de tinta para depositar fotopolímeros en capas. Una lámpara ultravioleta cura y solidifica las capas a medida que se producen. También se deposita otro material, que se usa para sostener la(s) pieza(s) a medida que se va(n) fabricando, que luego se elimina.
La sinterización por láser usa dos cámaras, una de fabricación y otra de abastecimiento que contiene material en polvo. El material en polvo se distribuye desde la cámara de abastecimiento y un rodillo lo desplaza hacia la cámara de fabricación. Un láser derrite y une el polvo y, así, forma la primera capa de la pieza. La cámara de fabricación desciende un poco y se distribuye más polvo encima de la capa anterior. Este proceso se repite hasta que se termina la pieza. La cámara de fabricación se eleva y se cepilla o se elimina el polvo sobrante.

El conjunto de técnicas de producción de AM les ofrece a fabricantes y diseñadores muchos beneficios en comparación con las técnicas convencionales. Como la mayoría de las veces se usa menos material en el proceso de producción, los fabricantes se benefician con menores costos de almacenamiento de materiales y de producción. También, como los productos se hacen directamente a partir de archivos digitales, los diseñadores tienen más flexibilidad y, como resultado, se logran diseños más refinados y, en algunos casos, más sólidos desde el punto de vista ergonómico.

La tecnología aplicada

Incluso sin una serie integral de normas, muchos productos que se fabrican en la actualidad —autos, aviones, electrodomésticos, artículos deportivos, etc.— reciben cierto impacto de la tecnología de AM.

"Muchas de las piezas que llevan estos productos se modelan o se crean prototipos con esta tecnología ", dice Wohlers. "Cada vez son más las piezas por encargo de edición limitada y de producción en pequeños lotes que también se están elaborando con tecnología de AM".

Para encontrar ejemplos del uso de las tecnologías de AM, fíjese en el gigante de la aviación internacional Boeing, que usa procesos de AM para fabricar piezas para tales aeronaves militares y comerciales como el caza F-18 y el nuevo avión de pasajeros Boeing 787. Sony Ericsson, la compañía de telefonía móvil, usa la tecnología para modelar y para hacer los prototipos de los diseños nuevos, como también lo hace el fabricante de herramientas mecánicas Black and Decker. Dos empresas europeas, Arcam AB de Suecia y Materialise Group de Bélgica, usan tecnología de AM para fabricar rodillas artificiales y otros implantes médicos.

Freedom of Creation Inc., con sede en Ámsterdam, Holanda, es una de las empresas que le dan un uso artístico a la tecnología para fabricar artefactos lumínicos y accesorios para el hogar muy exclusivos. En lo que respecta al ámbito de la diversión, los jugadores de World of Warcraft, el popular juego de rol en línea, pueden encargarle modelos personalizados de sus personajes a Figure Prints Inc., ubicada en Vancouver, Columbia Británica, Canadá.

La tecnología de AM llegó incluso al sector de los "golosos" con el Proyecto CandyFab. Usando la Internet para compartir fotos e información, un grupo de intrépidos aficionados al bricolaje usa una versión modificada de la tecnología —con aire caliente y azúcar pulverizada — para fabricar dulces con la forma de trébol, eslabones de cadena y tornillos gigantes.

Las normas marcarán las pautas

El desarrollo de normas ayudará a potenciar la industria de la AM de varias maneras. Los fabricantes obtendrán un método preciso para medir el rendimiento de diferentes procesos de producción, además de ayudar a garantizar la calidad de los productos finales. Los compradores y los proveedores se harán de una serie común de parámetros para especificar piezas y equipos. Una serie de normas completas también les proporcionará a investigadores y desarrolladores procedimientos homogéneos para la calibración de máquinas de AM y para evaluar el rendimiento de tecnologías nuevas y existentes.

“Tener normas comparables me facilitará el trabajo,” menciona Richard Bryson, diseñador principal de túneles aerodinámicos de Denel Dynamics, fabricante de sistemas de misiles y de aeronaves sin tripulación con sede en Centurion, Sudáfrica. “La falta de normas implicaba que antes de que yo pudiera usar las piezas de un modelo en el túnel aerodinámico debía fabricar muestras y probarlas. Luego tenía que presentarles los resultados de las pruebas a los gerentes del complejo y esperar su aprobación antes de que pudiera fabricar la pieza, y así se invalidaba una de las principales atracciones de la tecnología —menores costos y plazos de entrega”.

Las normas integrales servirán para que los fabricantes de los EE. UU., Europa y el resto del mundo puedan presentar las propiedades mecánicas de sus materiales usando procedimientos comunes. Dice Bryson, “Ya no tendré que probar y correlacionar las normas de la ASTM, de la ISO (siglas de International Organization for Standardization, Organización Internacional de Normalización), del DTI (Department of Trade and Industry, Departamento de Comercio e Industria del Reino Unido), del BSI (British Standards Institution, Instituto Británico de Normalización) u otras normas para decidir qué material o proceso necesito usar para cumplir con las exigencias de un trabajo en particular”.¹

Hacia el futuro

“La industria está en el umbral de la exaltación”, destaca Hague, un funcionario del Comité F42. “Esta iniciativa conjunta de la ASTM y de la SME enaltecerá la industria”.

Stucker coincide. Y agrega, “Creemos que dentro de cinco años miraremos atrás y veremos la creación de este comité como un momento crucial de la industria”. “El desarrollo de normas habrá sentado las bases para la implementación generalizada de estas tecnologías. No habrá dudas de que esta iniciativa fue un impulso catalizador.

¿Desea obtener más información?

Para obtener más información, haga clic aquí. Si tiene alguna duda o comentario, comuníquese con Pat Picariello, director de operaciones de desarrollo de la ASTM International (teléfono: 610-832-9720).

Referencia
1. ISO: International Organization for Standardization; DTI: Department of Trade and Industry, U.K.; BSI: British Standards Institution.

Kessel Nelson es un escritor independiente cuya obra ha aparecido en publicaciones nacionales e internacionales que cubre temas que abarcaban desde arte hasta energía y esquizofrenia. Tiene una licenciatura en historia de la Universidad de Pennsilvania y reparte su tiempo entre Filadelfia y la ciudad de Nueva York.

		Magazines & Newsletters / ASTM Standardization News feature PRINCIPAL \| ANUNCIANTES \| CABECERA \| ARCHIVO SUBSCRIPCIONES \| CONTACTO \| EJEMPLAR GRATIS Mayo/Junio 2009 Seccione La fabricación se vuelve digital Un nuevo comité de la ASTM International aborda las tecnologías de fabricación en tres dimensiones por Kessel Nelson ¿Necesita un audífono que se ajuste a la forma precisa de su conducto auditivo externo? ¿Qué le parece una maqueta a todo color de su cadena montañosa preferida? ¿Alguna vez quiso tener un pastillero PEZ que se parezca a su maestra de tercer grado? Si respondió “sí” a alguna de estas preguntas —o incluso si no lo hizo— todos estos artículos podrán ser suyos gracias a cualquiera de las diferentes tecnologías comprendidas por la fabricación aditiva (AM, siglas en inglés de additive manufacturing), también conocida como fabricación digital directa. “Los procesos de la fabricación aditiva constituyen una forma radicalmente diferente de trabajar,” dice el doctor Richard Hague, profesor de la Loughborough University de Leicestershire, Reino Unido, un veterano de la industria. “Cada proceso tiene fortalezas y debilidades, y algunos son más adecuados que otros para hacer piezas específicas”. Cooperación para un fin común En respuesta a la necesidad de normalización de la fabricación aditiva, la ASTM International se unió a la Society of Manufacturing Engineers, SME, (Sociedad de Ingenieros de la Fabricación) para crear un nuevo comité que cubra las múltiples tecnologías que comprende la fabricación aditiva. El mandato de este nuevo grupo, el Comité F42 sobre tecnologías de la fabricación aditiva, es promover el conocimiento de la industria, ayudar a fomentar la investigación y alentar la implementación de tecnología mediante el desarrollo de una serie integral de normas. La solicitud para la creación del Comité F42 surgió de la comunidad técnica de las tecnologías rápidas y de la fabricación aditiva (RTAM, siglas en inglés de rapid technologies and additive manufacturing) de la SME. El profesor y doctor Brent Stucker, miembro del Comité Directivo de RTAM de la Utah State University (Universidad Estatal de Utah), con sede en Logan, Utah, se encargó de conducir este desarrollo. Stucker, quien viene investigando las tecnologías de AM durante más de quince años, ocupará la presidencia del nuevo comité. “Hemos tratado la necesidad de contar con normas desde hace años, pero la SME no es un organismo normativo”, dice Stucker. “No tenemos la infraestructura necesaria para satisfacer esa necesidad, pero la infraestructura del proceso y del desarrollo de normas de probada eficacia de la ASTM fue la clave de nuestra elección.” La asociación entre la ASTM y la SME es un hito importante para la industria, remarca Terry Wohlers, presidente de Wohlers Associates Inc., situada en Fort Collins, Colorado, miembro de la SME y con veinte años de experiencia en la industria. Wohlers ve esta colaboración como una etapa futura lógica en el desarrollo de la industria. “Las normas de consenso desarrolladas por la ASTM influirán en la aplicación y en la adopción de tecnologías aditivas en la fabricación de productos en una gran variedad de industrias globales”. ¿Qué significa fabricación aditiva? Muchos procesos de producción convencional, como el fresado, el torneado y el esmerilado, están comprendidos en lo que se denomina fabricación sustractiva, porque el proceso implica la extracción de material para generar la pieza final: los fabricantes empiezan con un bloque de metal o de madera y eliminan el material sobrante hasta producir el objeto deseado. Los procesos de AM son exactamente al revés. Los objetos se hacen agregando material — en forma estratificada— hasta constituir la pieza. La fabricación aditiva comprende varios métodos de producción, pero todos empiezan de la misma manera, con un archivo de diseño asistido por computadora (CAD, siglas de computer-aided design)— una imagen tridimensional de la pieza que se necesita construir creada en una computadora. Una computadora analiza el archivo de CAD y lo corta digitalmente en múltiples secciones transversales o capas —como si fuera un mazo de cartas. La máquina lee el archivo de CAD y recrea el objeto en forma estratificada hasta constituir la pieza deseada. Algunos de los procesos que se suelen usar en la AM son la fusión por haz electrónico, la estereolitografía, el modelado por deposición de material fundido, la impresión tridimensional, la tecnología Polyjet y la sinterización por láser. La fusión por haz electrónico es un proceso destinado a la producción de piezas metálicas. Se carga metal pulverizado en una cámara de fabricación hermética en donde un haz de electrones lo calienta y solidifica. La máquina deposita más capas del material que se funden entre sí y se van colocando sobre las anteriores hasta terminar el objeto deseado. La estereolitografía crea objetos moviendo un rayo láser por la superficie de un envase de polímero líquido o de plástico, lo que hace que se endurezca y se solidifique. Cuando se termina la primera capa del objeto, se baja un poco el envase y el láser vuelve a pasar por la superficie del líquido y forma otra capa del objeto. Las capas se adhieren entre sí a medida que se van generando, y se van acumulando una encima de la otra de manera que cuando se haya terminado la última capa y se escurra el líquido restante, quede solamente el objeto terminado. El modelado por deposición de material fundido emplea una punta calentada para extrudir materiales termoplásticos como el ABS, siglas de acrylonitrile-butadiene-styrene, acrilonitrilo-butadieno-estireno, y el policarbonato en una plataforma de acumulación. Luego de la formación de la primera capa, la plataforma desciende y se forma la siguiente capa. El proceso se repite hasta que se crea la pieza deseada. Por medio de una punta de extrusión se deposita otro material que se usa para sostener la estructura y se retira al final del proceso. La impresión tridimensional (3DP, siglas de 3-dimensional printing) es un proceso que usa un cabezal de impresión de inyección de tinta para depositar un líquido aglutinante sobre la superficie de un polvo, como sería un material compuesto a base de yeso. El proceso puede depositar tinta de color y, como resultado, se obtienen piezas multicolores. La tecnología Polyjet usa un cabezal de impresión de inyección de tinta para depositar fotopolímeros en capas. Una lámpara ultravioleta cura y solidifica las capas a medida que se producen. También se deposita otro material, que se usa para sostener la(s) pieza(s) a medida que se va(n) fabricando, que luego se elimina. La sinterización por láser usa dos cámaras, una de fabricación y otra de abastecimiento que contiene material en polvo. El material en polvo se distribuye desde la cámara de abastecimiento y un rodillo lo desplaza hacia la cámara de fabricación. Un láser derrite y une el polvo y, así, forma la primera capa de la pieza. La cámara de fabricación desciende un poco y se distribuye más polvo encima de la capa anterior. Este proceso se repite hasta que se termina la pieza. La cámara de fabricación se eleva y se cepilla o se elimina el polvo sobrante. El conjunto de técnicas de producción de AM les ofrece a fabricantes y diseñadores muchos beneficios en comparación con las técnicas convencionales. Como la mayoría de las veces se usa menos material en el proceso de producción, los fabricantes se benefician con menores costos de almacenamiento de materiales y de producción. También, como los productos se hacen directamente a partir de archivos digitales, los diseñadores tienen más flexibilidad y, como resultado, se logran diseños más refinados y, en algunos casos, más sólidos desde el punto de vista ergonómico. La tecnología aplicada Incluso sin una serie integral de normas, muchos productos que se fabrican en la actualidad —autos, aviones, electrodomésticos, artículos deportivos, etc.— reciben cierto impacto de la tecnología de AM. "Muchas de las piezas que llevan estos productos se modelan o se crean prototipos con esta tecnología ", dice Wohlers. "Cada vez son más las piezas por encargo de edición limitada y de producción en pequeños lotes que también se están elaborando con tecnología de AM". Para encontrar ejemplos del uso de las tecnologías de AM, fíjese en el gigante de la aviación internacional Boeing, que usa procesos de AM para fabricar piezas para tales aeronaves militares y comerciales como el caza F-18 y el nuevo avión de pasajeros Boeing 787. Sony Ericsson, la compañía de telefonía móvil, usa la tecnología para modelar y para hacer los prototipos de los diseños nuevos, como también lo hace el fabricante de herramientas mecánicas Black and Decker. Dos empresas europeas, Arcam AB de Suecia y Materialise Group de Bélgica, usan tecnología de AM para fabricar rodillas artificiales y otros implantes médicos. Freedom of Creation Inc., con sede en Ámsterdam, Holanda, es una de las empresas que le dan un uso artístico a la tecnología para fabricar artefactos lumínicos y accesorios para el hogar muy exclusivos. En lo que respecta al ámbito de la diversión, los jugadores de World of Warcraft, el popular juego de rol en línea, pueden encargarle modelos personalizados de sus personajes a Figure Prints Inc., ubicada en Vancouver, Columbia Británica, Canadá. La tecnología de AM llegó incluso al sector de los "golosos" con el Proyecto CandyFab. Usando la Internet para compartir fotos e información, un grupo de intrépidos aficionados al bricolaje usa una versión modificada de la tecnología —con aire caliente y azúcar pulverizada — para fabricar dulces con la forma de trébol, eslabones de cadena y tornillos gigantes. Las normas marcarán las pautas El desarrollo de normas ayudará a potenciar la industria de la AM de varias maneras. Los fabricantes obtendrán un método preciso para medir el rendimiento de diferentes procesos de producción, además de ayudar a garantizar la calidad de los productos finales. Los compradores y los proveedores se harán de una serie común de parámetros para especificar piezas y equipos. Una serie de normas completas también les proporcionará a investigadores y desarrolladores procedimientos homogéneos para la calibración de máquinas de AM y para evaluar el rendimiento de tecnologías nuevas y existentes. “Tener normas comparables me facilitará el trabajo,” menciona Richard Bryson, diseñador principal de túneles aerodinámicos de Denel Dynamics, fabricante de sistemas de misiles y de aeronaves sin tripulación con sede en Centurion, Sudáfrica. “La falta de normas implicaba que antes de que yo pudiera usar las piezas de un modelo en el túnel aerodinámico debía fabricar muestras y probarlas. Luego tenía que presentarles los resultados de las pruebas a los gerentes del complejo y esperar su aprobación antes de que pudiera fabricar la pieza, y así se invalidaba una de las principales atracciones de la tecnología —menores costos y plazos de entrega”. Las normas integrales servirán para que los fabricantes de los EE. UU., Europa y el resto del mundo puedan presentar las propiedades mecánicas de sus materiales usando procedimientos comunes. Dice Bryson, “Ya no tendré que probar y correlacionar las normas de la ASTM, de la ISO (siglas de International Organization for Standardization, Organización Internacional de Normalización), del DTI (Department of Trade and Industry, Departamento de Comercio e Industria del Reino Unido), del BSI (British Standards Institution, Instituto Británico de Normalización) u otras normas para decidir qué material o proceso necesito usar para cumplir con las exigencias de un trabajo en particular”.¹ Hacia el futuro “La industria está en el umbral de la exaltación”, destaca Hague, un funcionario del Comité F42. “Esta iniciativa conjunta de la ASTM y de la SME enaltecerá la industria”. Stucker coincide. Y agrega, “Creemos que dentro de cinco años miraremos atrás y veremos la creación de este comité como un momento crucial de la industria”. “El desarrollo de normas habrá sentado las bases para la implementación generalizada de estas tecnologías. No habrá dudas de que esta iniciativa fue un impulso catalizador. ¿Desea obtener más información? Para obtener más información, haga clic aquí. Si tiene alguna duda o comentario, comuníquese con Pat Picariello, director de operaciones de desarrollo de la ASTM International (teléfono: 610-832-9720). Referencia 1. ISO: International Organization for Standardization; DTI: Department of Trade and Industry, U.K.; BSI: British Standards Institution. Kessel Nelson es un escritor independiente cuya obra ha aparecido en publicaciones nacionales e internacionales que cubre temas que abarcaban desde arte hasta energía y esquizofrenia. Tiene una licenciatura en historia de la Universidad de Pennsilvania y reparte su tiempo entre Filadelfia y la ciudad de Nueva York.