Mohsen Seifi, de ASTM, analiza el impacto de la fabricación aditiva en la industria y en el mundo en general.

By JP ERVIN

Jun 06, 2023

En la edición de mayo/junio de 2023 de Standardization News, conversé sobre la fabricación aditiva con Mohsen Seifi, Ph.D., vicepresidente de programas globales de fabricación aditiva avanzada de ASTM International. El Dr. Seifi administra el Centro de excelencia (CoE) de fabricación aditiva (AM), una asociación de colaboración entre ASTM, sus miembros y representantes del Gobierno, el mundo académico y la industria, que trabaja para realizar actividades de I+D estratégicas con el fin de acelerar el crecimiento y la estandarización de la fabricación aditiva. En la conversación, el Dr. Seifi mencionó la amplia gama de industrias que se están transformando en función de la fabricación aditiva. Además, explicó el potencial revolucionario de las tecnologías de fabricación aditiva, que podrían dar paso a una nueva era de la ciencia y la industria.

¿Qué es la fabricación aditiva?

La fabricación aditiva también se conoce como impresión 3D, y los dos términos se utilizan a menudo indistintamente. Según el ISO/ASTM 52900, como estándar terminológico, la fabricación aditiva es un proceso de construcción de objetos tridimensionales, capa por capa, a partir de modelos digitales. Esto contrasta con las técnicas de fabricación tradicionales, que a menudo implican procesos sustractivos como cortar, perforar o tallar el material para crear la forma deseada. Hay muchas aplicaciones en una amplia gama de industrias, desde básculas nanométricas hasta básculas métricas.

¿Cuáles son algunos ejemplos de industrias en las que la fabricación aditiva está marcando importantes diferencias?

La creación de prototipos y el desarrollo de productos es un área clave, que permite a diseñadores e ingenieros crear rápidamente prototipos de nuevos productos o componentes. El sector aeroespacial y de defensa es otro campo donde se utiliza la fabricación aditiva para crear componentes complejos y reducir el peso, mejorar la relación resistencia-peso y aumentar la personalización. Las aplicaciones espaciales también son clave. En términos de tasa de aceptación, este sector industrial ha sido uno de los que más rápidamente ha adoptado la fabricación aditiva. En marzo, Relativity Space, una empresa emergente del sur de California, lanzó un cohete con un 85 % de su masa impresa en 3D. Aunque no consiguió alcanzar la órbita, fue un gran éxito en la demostración de las posibilidades de los materiales obtenidos por impresión en 3D.

PARA USTED: El futuro de la fabricación aditiva

La medicina y la odontología son otras áreas en las que la fabricación aditiva se utiliza desde hace varios años, ya que puede mejorar la funcionalidad y la comodidad. La fabricación aditiva también puede usarse en joyería y moda, en la creación de diseños de joyas intrincados y únicos o accesorios de moda personalizados. Otro ejemplo son las grandes empresas de petróleo y gas que intentan adoptar esta tecnología para resolver los problemas de la cadena de suministro. Por último, la construcción y la arquitectura pueden usar la fabricación aditiva para crear modelos detallados, además de construir componentes a medida como paneles de pared y elementos decorados. Esta tecnología permite hacer incluso viviendas.

Está claro que la fabricación aditiva tiene muchas aplicaciones. Más allá de los ejemplos que ya ha destacado, ¿cuál cree que es el valor de los procesos de fabricación aditiva para el presente y el futuro?

Existen varias áreas en las que la fabricación aditiva aporta valor. La libertad de diseño es un área de gran importancia. La fabricación aditiva permite crear estructuras complejas que podrían ser muy difíciles –o en algunos casos imposibles– de producir con los métodos de fabricación tradicionales. En segundo lugar, la fabricación aditiva reduce los desperdicios. En lugar de retirar materiales, el proceso consiste en agregar materiales, capa por capa. Otra ventaja posible es una mayor rapidez de producción. A menudo, si se desea construir piezas industriales, se necesita una herramienta. Pero con la fabricación aditiva, no necesita herramientas ni otros engorrosos procesos relacionados con la fabricación tradicional. Otro factor es el costo menor. Aunque el costo inicial de la fabricación aditiva puede ser elevado, con el paso del tiempo puede resultar más económica, sobre todo en el caso de lotes de producción pequeños o de productos muy personalizados. El último aspecto que me gustaría destacar aquí es la mejora que se produce en la cadena de suministro. La fabricación aditiva puede mejorar la eficiencia. Permite la producción a pedido de piezas y productos, reduciendo así la necesidad de almacenamiento y de gestión de inventarios.

En general, creo que el valor de la fabricación aditiva reside en su capacidad para permitir una producción más rápida, flexible y económica de productos altamente personalizables y complejos. Obtenemos así productos con alto valor agregado. La industria espacial es un ejemplo excelente. En el caso de las naves espaciales, ¿cuántas se van a construir y cuántas piezas se necesitan? No se trata de miles, al menos por ahora. A medida que la tecnología evoluciona y se adopta más ampliamente, la fabricación aditiva tiene el potencial de revolucionar la forma en que diseñamos y fabricamos los productos, creando nuevas oportunidades de innovación y crecimiento.

Algunos han dicho que estamos ante una “cuarta revolución industrial” o “Industria 4.0”. ¿Cuál es la importancia de la fabricación aditiva en este fenómeno?

La fabricación aditiva es un componente clave de esta cuarta revolución industrial en curso o Industria 4.0. Está transformando nuestra forma de diseñar, producir, fabricar y distribuir productos. Los recientes avances en los procesos de la fabricación aditiva han logrado que su importancia aumente en varios aspectos. Uno de ellos es la mejora de los materiales. Vemos avances en la ciencia de los materiales que condujeron al desarrollo de nuevos materiales, como polímeros de alta resistencia y aleaciones metálicas. Estos materiales permiten fabricar piezas más duraderas y funcionales. Otro factor determinante es el aumento de la automatización. Las máquinas de fabricación aditiva están cada vez más automatizadas, con características como el monitoreo y el control de calidad en tiempo real. Por supuesto, esto reduce la necesidad de intervención manual y mejora la precisión y la uniformidad con estas máquinas.

Pero el verdadero valor agregado radica en la integración. Estamos presenciando la integración de la fabricación aditiva con la inteligencia artificial, el aprendizaje automático y la robótica en particular. Esa es la razón por la que nos hemos centrado tanto en esta tecnología aquí en ASTM: realmente está cambiando el paradigma. La verdadera revolución industrial ocurre cuando se produce la integración. Si se utiliza solo la IA o solo la robótica, no se puede afirmar que se esté realmente ante una revolución industrial. Pero cuando combinamos todas estas tecnologías, resulta muy emocionante y nos acerca realmente a la cuarta revolución industrial.

En vista de lo que está diciendo, ¿cuáles cree que son los desafíos que hay que afrontar y las oportunidades que pueden ayudarnos a avanzar?

Lo que vemos es que el sector de la fabricación aditiva está preparado para crecer considerablemente en los próximos años, pero también se enfrenta a varios desafíos. Uno de los desafíos es el costo de la tecnología. Si bien ha disminuido considerablemente en la última década, la fabricación aditiva sigue siendo costosa en comparación con los métodos de fabricación tradicionales. Reducir el costo de las máquinas y los materiales de la fabricación aditiva será fundamental a fin de ampliar su adopción y hacerla más accesible para las pequeñas y medianas empresas. La fabricación aditiva sigue representando aproximadamente el 0.1 % de la totalidad del dominio de la fabricación, según el Wohlers Report 2023, que se publicará próximamente.

Otra área la conforman los materiales. Aunque se ha avanzado considerablemente en el desarrollo de materiales específicos para la fabricación aditiva, sigue siendo imprescindible disponer de materiales avanzados y especializados, sobre todo que puedan soportar temperaturas y presiones extremas y otras condiciones.

Una tercera área es la estandarización. ASTM y otras sociedades, en particular la ISO, llevan varios años trabajando en este campo. Creamos el comité sobre tecnologías de fabricación aditiva (F42) in 2009. Aún faltan estándares para los procesos, materiales de fabricación aditiva y en otras áreas relacionadas. En la actualidad, tenemos cerca de 50 estándares publicados y más de un centenar de elementos de trabajo de estándares en fase de desarrollo. A menudo medimos la madurez de un sector industrial en función de la disponibilidad de estándares que existen pare él. Si observamos las tecnologías heredadas o los sectores industriales tradicionales, como los dispositivos médicos, el petróleo, la tierra o el gas, existen cientos de estándares, en algunos casos miles. En comparación, las industrias aditivas aún están evolucionando. Los estándares son facilitadores. Generan confianza en la tecnología, garantizando la calidad y la coherencia entre diferentes máquinas, proveedores y similares.

PARA USTED: Avances en la fabricación aditiva

En términos de oportunidades, puedo nombrar tres áreas principales. Una es la personalización. La mayor oportunidad para la fabricación aditiva es la capacidad de crear productos y piezas altamente personalizables. No hemos liberado el potencial de la fabricación aditiva. Se necesitan nuevos programas informáticos, nuevos paradigmas de diseño, para llegar al punto en el que podamos tener productos verdaderamente personalizados, mejores resultados y una mayor eficiencia. Otra oportunidad es la sostenibilidad. La sostenibilidad es una palabra de moda de la que todo el mundo habla, pero la fabricación aditiva tiene realmente el potencial de ser más sostenible que los métodos de fabricación tradicionales. Según investigaciones recientes, más del 30 % de la carbonización ocurre en el sector manufacturero en todo el mundo. La fabricación aditiva puede ser una herramienta de fabricación que permite reducir el consumo de energía, el peso y la huella de carbono. La fabricación aditiva puede resultar cada vez más atractiva para las empresas a medida que crece la demanda de productos no perjudiciales para el medioambiente.

La última oportunidad gira en torno a la automatización. A medida que las máquinas se vuelven cada vez más automatizadas, tienen el potencial de aumentar significativamente la productividad y reducir los costos de mano de obra. Esto podría conducir a una nueva era de procesos de fabricación autónomos altamente eficientes. En general, creo que el futuro de la industria de la fabricación aditiva dependerá de su capacidad para abordar algunos de estos retos y capitalizar estas oportunidades.

¿Cómo contribuye el Centro de excelencia de fabricación aditiva (CoE de AM) al campo de la fabricación aditiva?

Una de las principales razones por las que creamos el CoE de AM fue para hacer posible una mayor adopción de las tecnologías de fabricación aditiva. He mencionado que uno de los retos es la falta de estándares. Acelerar la estandarización es uno de los pilares básicos del CoE de AM, ya que desempeña una función fundamental a la hora de afrontar algunos de estos retos. Construimos un mecanismo de investigación para la estandarización. Gracias a la colaboración con diversos comités de la ASTM para subsanar las deficiencias de la estandarización, hemos podido llevar a cabo cerca de 40 proyectos relacionados con más de 40 estándares.

La segunda área es la investigación y el desarrollo. Nos hemos asociado con la industria, el mundo académico y organizaciones gubernamentales. Con la experiencia técnica que hemos acumulado en nuestro equipo, hemos formado parte de muchos proyectos que están contribuyendo a la adopción de la tecnología.

Otra área es la del desarrollo de la educación y de la fuerza laboral. Para cualquier nueva tecnología, la educación y contar con una fuerza laboral calificada son factores fundamentales. El CoE de AM ha ayudado a impulsar el uso de la tecnología de fabricación aditiva al proporcionar programas de educación y capacitación para empresas, educadores y profesionales. Esto ha ayudado a desarrollar las habilidades y conocimientos necesarios para diseñar y producir piezas de fabricación aditiva y, en última instancia, calificarlas, certificarlas e implementarlas en aplicaciones reales.

Por último, el CoE de AM ha servido como un poderoso defensor de la industria de la fabricación aditiva mediante la difusión de sus beneficios. Hemos creado un ecosistema en torno a esta tecnología, desde la estandarización hasta la capacitación, pasando por la inteligencia de mercado a través de Wohlers Associates, los Consorcios para la Normalización y los Datos de Materiales (CMDS) y nuestros eventos como la Conferencia Internacional sobre Fabricación Avanzada (ICAM). Realmente estamos cerrando el círculo.

Mohsen Seifi, Ph.D., es vicepresidente de programas globales de fabricación aditiva avanzada de ASTM International, donde es responsable del Centro de excelencia de fabricación aditiva (CoE de AM) de ASTM, de Wohlers Associates y de varios programas relacionados con la fabricación aditiva, a la vez que dirige un equipo de expertos técnicos en la materia. También se desempeña como profesor adjunto en la Universidad Case Western Reserve. Es coautor de más de 40 publicaciones revisadas por pares con más de 3800 citas y ha realizado más de un centenar de presentaciones como orador invitado y como conferencista magistral. Ocupa varios puestos en juntas de asesoramiento que apoyan los principales programas de fabricación aditiva.