ASTM encabeza un esfuerzo que estandarizará los requisitos para la confiabilidad e interoperabilidad de las tecnologías de fabricación aditiva.

By Jack Maxwell

Dec 23, 2020

En un momento dado, el escenario de la fabricación estuvo dominado por grandes fábricas llenas de máquinas herramientas masivas con líneas de producción ruidosas y agitadas. Piense en los molinos de acero de Pittsburgh y en el Valle de Ruhr de Alemania, o en los extensos complejos de fabricantes de automóviles de Detroit y Toyota City. Aunque aún existen, representan la apoteosis de la Revolución Industrial, y en general se basan en el trabajo físico de un ejército de hombres y mujeres — ingenieros mecánicos y ensambladores de producción, montadores de tuberías y mecánicos industriales.

Pero esas empresas no son las únicas en juego en la ciudad. En la intersección de la fabricación tradicional y la fabricación digital descansa la fabricación inteligente. Combinando la precisión de la recopilación de datos y el control de capacidades de sistemas informáticos poderosos con equipos sofisticados como robots, las máquinas automáticas y los láseres, la fabricación inteligente mejora la calidad y la precisión de los productos terminados a la vez que reduce la carga física de los trabajadores.

La fabricación inteligente está evolucionando en distintos frentes. Una tecnología particularmente prometedora se conoce como fabricación aditiva o AM, y es el foco del Comité F42 de ASTM sobre Tecnologías de Fabricación Aditiva. Este grupo es un jugador decisivo en los esfuerzos actuales para establecer las normas de esta industria en rápida evolución.

Construir Piezas, Capa por Capa

Muchas piezas de componentes de las maquinarias y dispositivos modernos se producen a través de la fabricación sustractiva, que comienza con una pieza sólida de material, con frecuencia metal, la cual se talla hasta llegar a la forma final deseada. El material se remueve —o se sustrae— cortando, puliendo, perforando, o a través de otras operaciones mecánicas.

Sin embargo, la fabricación aditiva construye objetos tridimensionales agregando capas sucesivas de material, una sobre la otra, según las órdenes de un archivo de diseño asistido por computadora (CAD), que contiene todos los parámetros necesarios: espesor, forma, contornos, etc.

Desde los primeros días de la impresión 3D en la década de 1980, se ha desarrollado una serie de nuevas tecnologías AM: extrusión de materiales, deposición de energía dirigida y fusión de lecho de polvo.  Cada proceso se distingue por el material que usa y por la forma en que se depositan las capas.

Sin embargo, lo que todas estas tecnologías AM tienen en común es una fuerte necesidad de normas de consenso internacional. En las palabras de John Slotwinski, Ph.D., ingeniero en desarrollo de fabricación aditiva en el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins, Las normas permitirán que todos hagan las cosas de forma consistente y correcta, y tener la confianza de que las demás personas que utilizan las mismas normas también estén haciendo lo correcto. Esta clase de uniformidad ayudará a propagar la tecnología, en parte porque la consistencia nos permitirá comparar adecuadamente las cosas de forma definitiva.

La Promesa y El Cambio

Las aplicaciones aeroespaciales y militares se encuentran entre los mercados más promisorios para la fabricación aditiva. Mary Kinsella, en su función de ingeniera sénior de investigación en fabricación y líder del Equipo de Productos de Fabricación Aditiva Integrada en el Laboratorio de Investigación de la Armada de los EE. UU., captó el potencial de la AM. Ella también sabe lo que necesita la tecnología para poder desplegar a pleno su potencial.

Actualmente para el sector aeroespacial, las aplicaciones clave de AM estructural son las herramientas, los elementos fijos, los modelos de formas de adaptación para la función y la repetición de diseños, expresó Kinsella. La AM ha comenzada a hacer sentir su impacto con la reducción de tiempos de producción para todas estas aplicaciones. Algunas aplicaciones de piezas no críticas, no estructurales, como las tuberías de polímeros para aplicaciones en el medioambiente, ya están terminadas.

Producir piezas prototipo rápidamente a través de AM, en oposición a esperar que se haga el molde o la matriz para enviar a producción antes de que se fabrique la pieza, es un beneficio crítico, destaca Kinsella. La fabricación AM también permite realizar cambios en el diseño de forma más rápida y con menores costos, y en su opinión, eventualmente se podría usar tanto para reemplazar piezas para las cuales las herramientas ya no se encuentran disponibles, como para construir piezas sobre pedid en lugar de mantener costosos inventarios de piezas de repuesto.

Kinsella destaca que muchas de las normas de AM que se usan actualmente para sistemas militares son exclusivas. [Además,] las empresas individuales han desarrollado sus propias capacidades internas, las cuales forman parte de su propiedad intelectual [Pero,] a medida que madura el conocimiento y la tecnología AM, se necesita de las normas públicas para proporcionar un idioma común y para guiar a esas entidades que no tienen recursos para desarrollar sus propias normas;
Un Esfuerzo Internacional

Carl Dekker está del otro lado de la dinámica proveedor–cliente de Kinsella, pero observa el mismo problema con los silos — es decir, las personas en la fabricación AM que trabajan de forma independiente en sus propias especialidades sin un punto de referencia común de las amplias normas del sector.

Dekker es presidente de Met-L-Flo, una empresa líder en el sector de fabricación aditiva; además de ser presidente del Comité F42 de ASTM. El nivel actual de maduración de la industria es muy bajo, dice Dekker. Todos han tenido que aprender a su manera, sin una huella a seguir.

Para alumbrar esa huella, el Comité F42 está asociado con otras organizaciones internacionales, incluso con la Organización de Normalización Internacional (ISO) y America Makes, el Instituto Nacional de Innovación en Fabricación Aditiva.

En el 2011, ASTM e ISO establecieron un acuerdo formal para el desarrollo conjunto de normas de AM por medio del Comité F42 de ASTM y el Comité Técnico 261 de ISO sobre Fabricación Aditiva. Este acuerdo representa un hito clave en la colaboración entre las dos organizaciones que resultará en normas de marca compartida entre ASTM e ISO. Más tarde ese mismo año, ASTM firmó un memorándum de entendimiento, para el desarrollo de normas de AM con el Centro Nacional para la Defensa de la Fabricación y Maquinaria, que dirige America Makes.

Se han desarrollado y aprobado 11 normas de ASTM en los casi seis años que ha estado activo el Comité F42, incluso tres normas publicadas en conjunto con ISO. Estas incluyen una especificación para formato de archivos de AM , una práctica para realización de informes de datos para muestras de prueba hecha por AM y una guía para tipificar las propiedades de los polvos de metal usados en AM. Todas estas normas proporcionan a los fabricantes y usuarios de equipos de AM un idioma en común para el diseño de piezas y el uso o prueba de materiales, software y hardware para AM.

Se encuentran en desarrollo más de 10 elementos de trabajo, los cuales incluyen guías y métodos de prueba que mejorarán el diseño, los materiales y los procesos.

Una nueva Era en la Fabricación

Las aplicaciones potenciales para la fabricación aditiva son diversas y complejas. Imagínese poder diseñar implantes personalizados que ayuden a reparar cráneos destrozados y a reemplazar articulaciones personalizadas para que se adapten a cada paciente. Visualice a los astronautas, girando en la órbita terrestre en la Estación Espacial Internacional, y que puedan producir las piezas que necesitan para realizar reparaciones en ese mismo lugar. Considere las implicancias de poder crear nuevos diseños que son difíciles de realizar o quizás aún imposibles, con las herramientas tradicionales.

A medida que las normas y los sistemas avanzan y abordan problemas de repetición, rendimiento y escala, la fabricación aditiva llegará a ser una tecnología aún más valiosa para el mundo que cambia rápidamente. Como lo describe Kevin Jurrens, subjefe de la División de Sistemas de Inteligencia en el Instituto Nacional de Normas y Tecnología y miembro del Comité F42, Los sistemas de manufactura aditiva ya están proporcionando un impulso económico a los fabricantes, al acortar el ciclo de desarrollo de los productos, aumentar la calidad y funcionalidad de las piezas fabricadas y permitir los cambios rápidos en las herramientas complejas que se usan para crear nuevos productos. El impacto de la fabricación aditiva continuará creciendo a medida que las capacidades del sistema y las piezas fabricadas continúan mejorando hasta alcanzar las exigencias de los fabricantes y sus clientes.

 

El Vicepresidente ejecutivo de ASTM diserta en los Eventos de AM

El 7 de octubre, Katharine Morgan, Vicepresidente ejecutiva de ASTM, dio el discurso de apertura en el intercambio técnico de dos días organizado por el Centro de Penn State para el Procesamiento de Materiales Innovadores, por medio de Deposición digital directa, o CIMP-3D. El evento fue copatrocinado por ASTM y otras organizaciones como America Makes, un instituto de innovación con el cual ASTM firmó un memorando de entendimiento. 

Antes del evento, Morgan recorrió CIMP-3D con su director, Richard Martukanitz, Ph.D. Allí vieron las impresoras 3D y las piezas hechas con impresoras 3D que estaban en exhibición, discutieron de qué manera esta tecnología tiene el potencial de mejorar el diseño, propulsar la innovación, reducir los costos y los desechos y proporcionar otros beneficios a nivel social. En particular, disertaron sobre el interés creciente en el uso de metales para crear una gama de productos que van desde piezas para aeronaves hasta dispositivos médicos. Morgan también se reunió con Neal Orringer, vicepresidente para alianzas y sociedades en 3D Systems, quien anunció recientemente una sociedad con CIMP-3D.

En el discurso de apertura del intercambio técnico, al cual asistieron cerca de 200 líderes en ese campo, Morgan dijo que la impresión 3D tiene el potencial de transformar industrias como el transporte, la atención médica y otros campos, en última instancia ayudando a que nuestro mundo funcione mejor. Yo creo que las normas juegan una función crucial en la innovación. Son el puente entre la investigación y el mercado. El potencial de la impresión 3D para mejorar la sociedad es absolutamente convincente, dijo Morgan.

El personal de ASTM también habló acerca de la fabricación aditiva en otros dos eventos recientes:

• Pat Picariello, director de ASTM, enfatizó sobre la forma en que las normas pueden promover el conocimiento, estimular la investigación y guiar la tecnología en la Conferencia Europea de Fabricación Aditiva en Bruselas, Bélgica, en el mes de junio.
• Sara Gobbi, representante de ASTM en Bruselas, habló con las empresas, las organizaciones industriales y otros interesados en la Conferencia Internacional sobre Fabricación Aditiva en Milán, Italia, en el mes de octubre.

Jack Maxwell es escritor independiente y reside en Westmont, Nueva Jersey.