Fabricación aditiva

  • Sergio Morales

    Sergio Morales

    Ingeniero industrial especialidad química por la Universidad Politécnica de Cataluña (2014). Postgrados en ingeniería de producto y procesos de fabricación por la Universidad Politécnica de Cataluña (2015). Doctorando en ingeniería mecánica por la Universidad Politécnica de Cataluña (2016). Formación en diseño de pieza plástica, tecnologías de moldes de inyección y procesos de inyección. Postgrado en dirección de plantas industriales 4.0 por Eurecat (2018). Su actividad profesional se desarrolla en el ámbito de la ingeniería y la gestión de proyectos en departamentos de I+D+i y la transformación digital o adopción de la industria 4.0. Experto en fabricación aditiva y sistemas de gestión documental/proyectos (PDM/PLM). Actualmente ejerciendo como responsable del área de Additive Manufacturing en empresa multinacional. Es profesor asociado a tiempo parcial en la asignatura de sistemas mecánicos en la Universidad Politécnica de Cataluña (2018).

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Introducción

La industria tradicional transforma la materia empleando energía e información. La fábrica centralizada y las grandes empresas son capaces de producir en cadena automóviles, aviones, bienes de consumo, etc. La nueva industria se inspira en la llamada "trasformación digital", un proceso ya habitual en Internet y en las redes digitales. La industria del futuro cambia el paradigma hasta ahora conocido para fabricar multitud de objetos diversos y personalizados. Nicholas Negroponte, antiguo director del MIT Media Lab, comentó que la revolución de Internet ha contribuido, con la digitalización, a “transformar los átomos en bits”. Hoy en día existe la posibilidad de transformar los bits en átomos, es decir, en objetos físicos (Berchon y Luyt, 2016).
La fabricación aditiva (FA) o impresión 3D se encuentra en los inicios de un proceso de expansión mundial, dentro de los procesos de fabricación avanzados. Existen diversas tecnologías de fabricación aditiva, que permiten fabricar piezas mediante la adición de material, cuya aplicación puede contribuir con grandes ventajas competitivas a los procesos de fabricación convencionales (tecnologías conformativas y sustractivas).
Esta tecnología representa para muchos una nueva revolución industrial, e incluso un cambio de paradigma en el proceso completo del desarrollo de nuevos productos. Para The Economist es “La cuarta revolución industrial”, y para Chris Anderson —exjefe de redacción de Wired—, una tecnología “más importante que la web”.
La posibilidad de prescindir de utillajes, de poder reproducir cualquier geometría que el diseñador pueda imaginar, la inmediatez de la respuesta a la demanda cambiante del consumidor y otras series de ventajas que aparecerán a lo largo del contenido, hacen de la fabricación aditiva una pieza clave en la industria del futuro.
La popularidad que están adquiriendo hoy las impresoras 3D y la campaña actual de los medios de comunicación nos hacen pensar, de alguna forma, que la impresión 3D está dando los primeros pasos ahora. En realidad, las tecnologías de fabricación aditiva existen desde hace casi 25 años. Pero durante muchos años ha permanecido circunscrita a un uso industrial.
La impresión 3D es una técnica dotada con un tremendo potencial. Ofrece posibilidades hasta ahora impensables y pone en un compromiso la totalidad de los procesos industriales. Para que el lector se pueda hacer una idea de lo que se puede llegar a crear, se muestran algunos ejemplos (Figura 1).
Figura 1. Vestido fabricado aditivamente, ideado por el estudio de diseño Freedom of Creation
Fuente: Freedom of Creation - 3D Systems.
Fuente: Freedom of Creation - 3D Systems.
En el caso anterior, se muestra un vestido fabricado totalmente mediante impresión 3D. Se trata de un diseño que únicamente podría ser fabricado por métodos aditivos. Los anillos no se han ensamblado a posteriori, sino que han sido fabricados directamente en forma de malla.
También se pueden fabricar componentes mecánicos sin necesidad de ser ensamblados. En la figura 2 aparece una llave inglesa totalmente funcional incluyendo partes móviles impresas de una vez mediante una impresora 3D.
Figura 2. Llave inglesa fabricada en FDM por una impresora 3D de la marca MakerBot
Fuente: http://www.yeggi.com
Fuente: http://www.yeggi.com
En este escrito, se recogen los aspectos más destacables de las tecnologías de fabricación aditiva. Empezando con una breve introducción a la industrialización y el desarrollo económico desde los inicios hasta ahora, y continuando con una detallada explicación de:

  • La integración de las tecnologías aditivas con procesos convencionales de fabricación.

  • La cadena de operaciones en los procesos.

  • Una descripción de las tecnologías aditivas.

  • El cambio de paradigma en el diseño.

  • Materiales para FA.

  • Software para FA.

  • Normalización en FA.

Se describen también las ventajas y desventajas que tienen sobre los procesos convencionales de fabricación, se explican las limitaciones de la tecnología y los retos o perspectivas de futuro. Además, se describe el aporte de valor frente a los costes y las aplicaciones en diferentes sectores, así como una lista de universidades y centros tecnológicos investigadores en procesos de FA.
El presente contenido se basa en parte en un documento difundido por la fundación COTEC (COTEC, 2012), una fundación empresarial que tiene como misión contribuir al desarrollo del país mediante el fomento de la innovación tecnológica en la empresa y en la sociedad española. Estos documentos se editan después de un proceso de debate sobre un borrador muy elaborado, que se realizó mediante sesiones con expertos en las áreas de la tecnología o grupo de tecnologías implicadas. La sesión de debate de este documento tuvo lugar el día 3 de febrero de 2011 en la sede de COTEC en Madrid. Según el criterio del autor, se trata de un documento desactualizado ya que se avanza muy rápidamente en el ámbito de las tecnologías aditivas; sin embargo, las bases están correctamente consolidadas. El resultado del presente contenido es la fusión entre dicho informe con bibliografía nacional e internacional para dar un sentido completo al estado del arte de la fabricación aditiva, además de una gran parte de explicaciones y comentarios originales del autor fruto de la experiencia adquirida.

1.Industrialización y el desarrollo económico

Desde el alba de la humanidad, el avance en las condiciones de vida de los seres humanos ha estado directamente relacionado con la capacidad de transformar las materias primas y convertirlas en productos elaborados (tejidos, calzado, herramientas, armas, etc.) mediante el uso de la energía, el ingenio y destreza técnica. Aun así, estos productos elaborados eran solamente asequibles por la sociedad pudiente hasta bien entrado el siglo xviii, por el simple hecho de haber sido fabricado por un artesano, muy personalizado y con poca capacidad de producción, los cuales se convirtían así en productos muy caros o de lujo.
Una serie de avances tecnológicos —el más relevante de los cuales fue la máquina de vapor— dieron lugar a una industria productiva que solventaba el principal problema de los antiguos artesanos. De esta manera se consiguieron reducir los costes asociados a los productos y se habilitó la producción masiva de los mismos, con lo que pudieron llegar a un público mucho mayor. A esta etapa se le conoce como "industrialización", y ha desempeñado un papel crucial en la economía en los últimos doscientos años, siendo el principal motor de generación de valor añadido y un factor fundamental en la modernización y el nivel de vida de un país.
Inglaterra fue el país pionero en este proceso de industrialización y gracias a la implementación de maquinaria moderna consiguió ser la primera potencia económica mundial del momento. Más tarde, Estados Unidos dieron un vuelco, y se posicionaron como líderes económicos gracias al desarrollo en avances en campos como la energía eléctrica o la producción en cadena (surgen entonces empresas como GE, Ford y OTIS). Los desarrollos tecnológicos crearon nuevos negocios y puestos de trabajo, además de auténticas revoluciones en la sociedad y en la forma de vivir en general, como, por ejemplo, la llegada de la luz a los hogares o los automóviles.
Posteriormente, Japón, con su peculiar método de organización de la producción, conocido popularmente como Lean Manufacturing, cuyo paradigma encarna la empresa Toyota, situó la economía nipona entre las primeras del mundo en los años cincuenta. Finalmente, en los últimos veinte años, a causa de la capacidad de producción estrechamente ligada a la superpoblación, China se proclamó primera potencia económica, y se convirtió en la “fabrica del mundo”. Echando un breve vistazo atrás, queda claro que la investigación, el desarrollo tecnológico y, sobre todo, la industrialización son los principales factores que impactan sobre la economía de un país.
Sorprendentemente, los avances tecnológicos abren un amplio abanico de posibilidades y oportunidades, y en las últimas tres décadas se está asistiendo a una transición hacia lo digital en distintos ámbitos de la vida, tanto personal como profesional. En la oficina técnica se ha pasado de trabajar con planos en papel dibujado a ficheros paramétricos, primero en dos dimensiones y luego en tres; en el ámbito de la comunicación, del correo postal a los faxes y finalmente al correo electrónico; o en el mundo de la salud, de las radiografías de rayos X a la resonancia magnética, TAC (Tomografía Axial Computarizada) y lo último: la ecografía Doppler 3D.
Las fabricas siguen también el mismo camino, desde los sistemas de diseño asistido por ordenador (CAD – Computer Aided Design), que ayuda al diseñador en la concepción del producto; la fabricación asistida por ordenador (CAM – Computer Aided Manufacturing), en la que el software relaciona el diseño realizado con los sistemas de fabricación convencionales y valida que se pueda fabricar, y por último la asistencia a la ingeniería (CAE – Computer Aided Engineering), para realizar simulaciones de elementos finitos y comprobar que el producto a fabricar cumple con los requerimientos técnicos. La implementación de robótica y autómatas en las plantas productivas, la inspección de piezas por visión artificial, el control del avance de la producción en tiempo real (MES) o incluso la modelización y recreación virtual de procesos y fábricas (CAPE – Computer Aided Production Engineering) son otros ejemplos que muestran el concepto de “fabrica digital”.
Aunque la cibernética está lo suficientemente desarrollada como para realizar el control y procesamiento de enormes cantidades de datos —pudiendo incluso manejar sistemas complejos big data—, los sistemas de fabricación —aun siendo asistidos por controles más avanzados— son básicamente los mismos: arranque de viruta, conformado en frío o en caliente, fundición o inyección. Esta tecnología de fabricación es incluso prehistórica: en la edad de piedra, los procesos sustractivos servían para hacer herramientas, y tomando un pedazo de silicio cortaban el material excedente para darle forma afilada. En este sentido, el taladro, el torno y la fresadora en la actualidad tienen la misma función. Miguel Ángel decía que “la estatua ya está dentro del bloque de mármol; solo hay que liberarla”.
Las tecnologías de moldeo han estado con nosotros mucho tiempo también, al menos desde la edad de bronce, cuando los humanos empezaron a usar moldes de piedra para crear puntas de lanza (Vazhnov, 2013). Todos estos procesos de manufactura tienen limitaciones físicas, como la imposibilidad de realizar taladros curvos; las colisiones de las herramientas con la pieza en el mecanizado, cuando se trata de una geometría compleja; las restricciones en los ángulos de desmoldeo y el espesor constante en la inyección de plásticos, etc. Al final todas estas limitaciones en el diseño constituyen una barrera en la creatividad y el desarrollo de nuevos productos con valor añadido o con nuevas funcionalidades. Por esto, en la oficina técnica cuando se diseña siempre se sigue una filosofía Design For Manufacturing (DFM); a fin de cuentas, que el producto se pueda fabricar.
El lanzamiento de la primera impresora 3D fue la SLA-250 a finales de 1988 por parte de la empresa 3D Systems, responsable de unas sesenta patentes en el ámbito del prototipado rápido. Esta primera máquina tuvo mucho éxito en el mundo industrial, aunque otros inventores estaban ideando otras técnicas de fabricación aditiva. En 1988, Scott y Lisa Crump crearon la compañía Stratasys con la contribución de tecnologías basadas en polímeros fundidos, que serían patentados al año siguiente. Hasta el 1993 no apareció el proceso 3DP (Three Dimensional Printing), creado por el MIT (Massachusetts Institute of Technology). Esta tecnología es muy similar a la técnica empleada por las impresoras 2D de inyección de tinta. En 1995, la compañía Z Corporation obtuvo del MIT el derecho exclusivo del proceso 3DP. A lo largo de los años, se fueron creando nuevos modelos, mejoras y desarrollos de innovadores procesos. Cada vez fueron más utilizadas para el prototipado rápido y alcanzaron también la producción para series reducidas, pero solamente para uso industrial.
Poco a poco estas tecnologías se fueron adaptando al gran público y cada vez fureron más accesibles a los particulares. Un hito clave fue la expiración de las patentes, que dieron lugar a las impresoras personales. La llegada de las impresoras 3D a los usuarios finales hizo emerger muchas empresas relacionadas, principalmente en Europa.
En 2007 se crea en Holanda Shapeways, un servicio online de impresión 3D abierto a particulares. El año 2009, en Francia, se fundó Sculpteo que desarrolló más herramientas web que simplificaron el conjunto de proceso de impresión 3D para uso de los aficionados. Otros agentes, nacidos en el mundo de la investigación y del código abierto en la Universidad de Bath, se van involucrando en el ámbito de las impresoras personales como es el proyecto RepRap. Se trata de la primera impresora 3D autoreplicante, capaz de imprimir sus propias piezas. En la figura 3 se muestra la impresora “padre” y su “hija”.
Figura 3. Adrian Bowyer (izquierda) y Vik Olliver (derecha) con una máquina RepRap
Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Proyecto_RepRap
Fuente: https://es.wikipedia.org/wiki/Proyecto_RepRap
Una herramienta muy útil para mostrar la penetración de la tecnología de fabricación 3D en la industria es el llamado ciclo de sobre expectación o Gartner Hype Cycles, una representación gráfica de la madurez, adopción y aplicación comercial de una tecnología específica. El término fue acuñado por Gartner, una casa de análisis e investigación, creada en los EE.UU., que proporciona opiniones, consejos y datos sobre las tecnologías en la industria. En las figuras 4 y 5 se muestran los ciclos de sobre-expectación de los años 2010 y 2015, donde aparece la impresión 3D.
Figura 4. Gartner Hype Cycle - Agosto 2010
Fuente: Gartner
Fuente: Gartner
Figura 5. Gartner Hype Cycle - Julio 2015
Fuente: Gartner
Fuente: Gartner
Analizando los ciclos sobre expectación de Gartner de los años 2010 y 2015 se puede observar como en cuestión de cinco años la impresión 3D ha pasado de estar en la etapa de lanzamiento a la meseta de productividad. Aun así, cabe diferenciar dos vertientes de negocio de la impresión 3D: consumidor y empresa.
La impresión 3D de consumo va directamente relacionada con el concepto de fabricación personal o Personal fabrication, es decir, los consumidores utilizan su propia máquina 3D para fabricar objetos para cubrir una necesidad, por ejemplo un recambio. Este concepto también es llamado MFP (micro fábricas personalizadas) (Berchon y Luyt, 2016). Aunque la tecnología de fabricación 3D es común para el consumidor y la empresa, sus expectativas se sitúan en diferentes etapas. Este hecho se da ya que la impresión de un recambio mediante una impresora 3D no es trivial, sino que el usuario debe tener conocimientos sobre ingeniería inversa, mecánica, química de plásticos, diseño, etc.
Por esta razón, la impresión 3D en empresa está en la meseta de productividad y cada vez más integrada en el proceso productivo, ya que poseen el personal y el conocimiento suficiente para poder exprimir todo el potencial que tiene la fabricación aditiva. Empresas, universidades y centros de investigación de todo el mundo están investigando y desarrollando materiales, softwares, maquinaria, estaciones de postprocesado que puedan satisfacer las necesidades de la industria y del consumidor. Aun así, la situación actual está muy lejos tecnológicamente en comparación a las tecnologías de fabricación convencionales como la inyección de plástico, sin embargo, parece cuestión de tiempo.
La tecnología de fabricación aditiva existe desde hace treinta años pero se ha difundido ampliamente en los últimos cinco años por diferentes causas:

  • La disponibilidad de nuevos materiales con mayores funcionalidades y prestaciones.

  • La expiración de las patentes que no permitían la entrada al mercado de impresoras personales económicamente asequibles.

  • La tarea de marketing que se está realizando en las empresas líderes a nivel global.

  • Las oportunidades que complementan los procesos de fabricación convencionales.

Hoy en día, el mercado de la impresión 3D se encuentra en plena expansión. En abril de 2012 las compañías Stratasys y Object se fusionaron y se convirtieron en líderes mundiales en impresión 3D con una facturación de 1400 millones de dólares. Otra cifra muy significativa son las ventas de impresoras personales, se pasó de 355 unidades en 2008 a 23.265 en 2011. Los procesos de impresión han mejorado, los materiales disponibles se han multiplicado y el precio de las máquinas se ha reducido drásticamente. Ahora por menos de 400€, es posible obtener una impresora 3D personal con un rendimiento relativamente bueno.
Las impresoras en 3D no son tecnologías de fabricación de grandes volúmenes, sino todo lo contrario, es ideal para pequeñas producciones, dando lugar a la personalización masiva: implantes dentales, prótesis, audífonos, joyería, etc. Gracias a la naturaleza de fabricación, la complejidad del objeto no supone un aumento en el coste, siendo esta la mayor ventaja que tiene la fabricación aditiva enfrente a la fabricación convencional. Los diseñadores pueden desarrollar productos que antes se consideraban económicamente inviables o demasiado complejos de producir. Mediante la fabricación aditiva se liberan las restricciones en el diseño que presentan muchas de las tecnologías de fabricación convencional. Y deja paso a lo que algunos le denominan cuarta revolución industrial o Industria 4.0, donde se busca una producción más descentralizada e innovadora con fábricas competitivas, capaces de desarrollar productos de alto valor añadido y adaptarse a las necesidades del mercado. La actual producción en masa sigue siendo un paradigma que se va a mantener, pero los grandes costes en maquinaria y en mano de obra no permiten que la producción se adapte a los cambios tecnológicos y de consumo a la velocidad del mundo cambiante en el que vivimos.
La factoría del futuro prevé la capacidad de producir objetos diversos dentro de la misma línea de producción, mediando poca intervención humana y capaz de convertir la factoría y la producción en un servicio más. La fabricación aditiva unida a la robotización tiene un papel fundamental en este proceso, con el objetivo de evolucionar los sistemas de fabricación y convertir la información del diseño en el producto deseado sin mediar la fabricación de herramientas y utillajes, reduciendo el uso de post-procesado y el excedente de material. Esta transformación industrial es semejante a la que supuso la irrupción de la impresión digital, puesto que el negocio de procesado de átomos se transformó en uno de procesado de bits. Viendo lo que pasó entonces con la impresión en dos dimensiones, se puede anticipar lo que pasará con la impresión 3D en el mundo de la fabricación según Hewlett-Packard (Francolí y Blanco, 2014). La introducción de la fabricación aditiva en el proceso productivo comporta un cambio de paradigma en el modelo de negocio liderado por los siguientes puntos:

  • Ciclos de desarrollo de producto más rápido: una de las ventajas que ofrece la impresión 3D es el desarrollo de prototipos funcionales e incluso el lanzamiento de pequeños volúmenes de producto con el fin de saber la acogida por parte del consumidor.

  • Fabricación aditiva de producto final: a medida que la tecnología avanza y las mejoras en las impresoras las hacen más rápidas y fiables, y consecuentemente, con una capacidad de producción mayor, el porcentaje de uso de la fabricación aditiva para producción final ha aumentado de un 25% en 2011 hasta un 60% en la actualidad (Vazhnov, 2013). Muchos son productos con obsolescencia temprana o productos que pueden tener una variabilidad en diseño en función de los requerimientos del cliente.

  • Elasticidad en la cadena de valor: la fabricación aditiva comporta una deslocalización en la fabricación; ¿Porque distribuir el producto acabado si se puede enviar un archivo digital e imprimir el objeto en su destino? Como consecuencia de la producción directo al consumidor, los costes logísticos y de transportes se reducen.

  • Cambios en los modelos de negocio: la posibilidad de la fabricación dirigida a la personalización masiva cambiará las reglas de muchos negocios.

  • Vulneración de la propiedad industrial: con la aparición de las impresoras 3D junto al escáner 3D, cualquier usuario puede duplicar cualquier pieza en cuestión de horas. Este hecho puede tener repercusiones en las empresas de bienes de consumo.

  • Nuevos negocios o competidores: la impresión 3D es una tecnología de fabricación que comporta una reducción de costes en utillajes, siendo así, una perfecta alternativa para pequeños volúmenes de producción. La reducida inversión inicial de las impresoras 3D las hacen perfecta para romper barreras para la entrada de nuevos competidores que más adelante pueden servir a mercados de alto volumen.

  • Filosofía Just in Time (JIT): ¿porque almacenar producto con su respectivo coste de inmovilizados si la fabricación aditiva permite trabajar bajo demanda o pedido?, sin stocks, implicando una cadena de suministro más eficiente y con menos riesgos.

  • Concentración en el diseño: los diseños complejos mediante fabricación aditiva no comportan un mayor coste desapareciendo las restricciones asociados al moldeo u otras tecnologías convencionales. De esta forma, al tener libertad en el diseño, los esfuerzos se centrarán en el diseño del producto y no en su industrialización.

  • Fabricación totalmente personalizada: la fabricación aditiva permitirá la entrada de nuevos productos al mercado con una adaptación total a las necesidades personales y demográficas.

  • Sostenibilidad medioambiental: en la fabricación aditiva normalmente se utiliza solamente la materia que se necesita, no produciendo deshechos como en la fabricación substractiva. Esto conlleva una reducción de emisiones al medio ambiente, ya que existe una repercusión en el consumo energético y material.

  • Desaparición de costes marginales y de las economías de escala: el coste marginal de imprimir la pieza enésima será nulo, el único coste es lo que cuesta el material. Siguiendo esta línea una misma pieza costará lo mismo producirla en cualquier lugar del mundo y solamente se podrán fabricar en industrias impregnadas de conocimientos sobre fabricación avanzada.

2.La fabricación aditiva

La fabricación aditiva o Additive Manufacturing (AM), como se conoce internacionalmente, es el proceso de fabricación de objetos mediante la superposición capa a capa de materiales de forma precisa, a partir de un modelo digital para conseguir un sólido. Sin embargo, existen una gran variedad de términos utilizados según cada país: Generative Manufacturing (Alemania), eManufacturing (Alemania), Constructive Manufacturing (Alemania), Additive Layer Manufacturing (Escandinavia), Direct Digital Manufacturing (Estados Unidos), Freeform Fabrication (Estados Unidos), Solid Freeform Fabrication (Estados Unidos) (Munguía, 2009). El concepto clave de la fabricación por capas es la descomposición de un modelo en tres dimensiones (CAD) en secciones virtuales, que son fabricadas físicamente adicionando material apilando capa sobre capa. Esta filosofía de fabricación se remonta a tres mil años atrás durante la construcción de las pirámides egipcias (Benhabib, 2003). Incluso, la misma naturaleza pone en práctica la fabricación aditiva, como, por ejemplo, la construcción de los panales de abejas, los nidos de los pájaros, etc.
Otro de los términos ampliamente utilizados es impresión 3D (3D Printing). Sin embargo, este término se asocia más bien a la impresión hecha en casa o en comunidad siguiendo una filosofía DIY (Do It Yourself), en la que el usuario fabrica objetos con la intención de entretenerse y aprender, mientras que si se aplica en tecnologías de producción y cadenas de suministro, se suele utilizar el término "fabricación aditiva" (Francolí y Blanco, 2014). La impresión 3D a nivel usuario final ha desencadenado un movimiento llamado "Maker Movement". Un movimiento de makers (literalmente, ‘hacedores’), que son personas que crean, producen, comparten o venden objetos físicos o virtuales fruto de creaciones personales. Un ejemplo claro de ello son plataformas como Thingiverse, en la que se ofrecen diseños realizados por creadores, o 3DHubs, en la que los usuarios con impresoras 3D en propiedad pueden ofrecer un servicio de impresión a terceros. El movimiento de los makers está adquiriendo una entidad considerable en Facebook y Twitter, por medio del intercambio P2P (Peer to Peer) y gracias al crowdsourcing y el crowdfunding.
El término "impresión 3D" proviene de estudios de marketing. Dicho término da a pensar en la facilidad de impresión de un documento en 2D, donde solamente hay que pulsar un botón, con la fabricación de objetos en 3D, en la que el procedimiento no es tan automático y trivial, pero con ese término da la sensación al usuario final de que sí lo es.
En el último cuarto de siglo xx surgen las tecnologías de fabricación aditiva, pero ya en la década de 1890, Blanther sugirió el uso de métodos de capas para la fabricación de los negativos de un molde, con la intención de conseguir mapas con relieves. Las tecnologías de fabricación aditiva suponen un cambio radical en el paradigma de fabricación, ya que no se trata de un método sustractivo como el arranque de viruta, sino la adición de material de forma controlada y precisa en los lugares donde es necesario, capa a capa, hasta conseguir la geometría que se persigue, sin ser necesario el uso de utillajes ni moldes como en la inyección.
Las tecnologías de fabricación se pueden clasificar de la siguiente forma:

  • Tecnologías conformativas: utilizan preformas o utillajes para la obtención de la pieza deseada (inyección de plástico y metales, sinterizado, colada al vacío, inyección de moldes reactiva, electroforming, etc.).

  • Tecnologías sustractivas: parten de un bloque de material y obtienen la pieza deseada sustrayendo el material (mecanizado, electroerosión, corte por agua, corte por láser, etc.).

  • Tecnologías aditivas: se obtiene la pieza deseada añadiendo material a partir de una geometría virtual, sin uso de preforma y sin sustraer material.

En la figura 6 se muestra una imagen ilustrativa de las anteriores tipologías de fabricación.
Figura 6. Tipologías de tecnologías de fabricación
Fuente: COTEC, 2011
Fuente: COTEC, 2011
Existen diversas tecnologías de fabricación aditiva (sinterizado láser, estereolitografía, etc.) que se explican a continuación. Sin embargo, todas permiten obtener piezas a partir de un archivo CAD 3D. Según Magí Galindo, responsable de fabricación aditiva en LEITAT, “la fabricación aditiva puede hacer cualquier geometría, pero no cualquier pieza”. Este hecho es una realidad rotunda: cualquier impresora 3D puede fabricar cualquier geometría, pero para que una geometría se convierta en pieza tiene que ser totalmente funcional.
En 1984 Chuck Hull patentó su sistema de impresión 3D en Estados Unidos, con el nombre de stereolitography, y fue el inicio de la fabricación aditiva. Chuck inventó la tecnología cuando trabajaba imprimiendo revestimientos sobre la parte superior de tableros, mediante resinas y rayos ultravioleta. En aquellos tiempos, un problema con el que se encontraba la industria manufacturera era la producción de pequeñas piezas de plástico para prototipos, ya que podía llevar meses. En 1986 creó la empresa 3D Systems y otras le siguieron, de forma que en 1987 el prototipado rápido o Rapid Prototyping ya era una realidad comercial. En 1990 se empieza a aplicar la fabricación aditiva para obtener patrones de fundición Rapid Casting; en 1995, para obtener herramientas de producción, especialmente, moldes de inyección Rapid Tooling, y en 2000, para obtener piezas de producción o finales Rapid Manufacturing (Francolí y Blanco, 2014). Actualmente, está taxonomía, que atiende al destino final de la pieza fabricada, está en desuso, aunque es conveniente definirlas de forma breve.

  • Tecnología de prototipado rápido o Rapid Prototyping (RP): se pretende fabricar un prototipo visual o funcional (alfa y beta, respectivamente), es decir, una pieza que tiene como misión validar el concepto (alfa) o la funcionalidad (beta) o ambas, que más tarde se llevará a industrializar.

  • Tecnología de fabricación directa o Rapid Manufacturing (RM): se pretende fabricar una pieza para uso final, es decir, totalmente funcional.

  • Tecnología de fabricación de utillajes o Rapid Tooling (RT): se pretende fabricar utillajes; moldes de inyección y soplado, máster para colada de poliuretanos, etc.

Cabe destacar que las tecnologías utilizadas para estas tres vertientes son a veces las mismas, pero destinadas a diferentes etapas de la cadena de valor del producto. No obstante, es cierto que el Rapid Prototyping fue el que apareció inicialmente, y que muchas de las tecnologías, destinadas a la fabricación de prototipos, han desembocado en la fabricación de producto plenamente funcionales gracias al avance en las máquinas, el software y los materiales, que son las tres patas que mantienen en equilibrio la fabricación aditiva. Terry Wohlers, citado en The Economist (abril de 2012), estima que en 2020 (Programa Europeo - Horizon 2020) el 80% del mercado de FA será para bienes finales, y no logrará el 100%, ya que la construcción de utillajes y prototipos rápidos seguirá siendo una parte relevante del negocio. El adjetivo Rapid se refiere a la rapidez en la fabricación de piezas o utillajes respecto a las técnicas de fabricación convencionales. De todas formas, existen otras tecnologías rápidas que no están incluidas dentro de las tecnologías de fabricación aditiva. En la figura 7 se muestra la clasificación de las tecnologías rápidas: en varias y aditivas.
Figura 7. Clasificación de tecnologías rápidas
Fuente: COTEC, 2011
Fuente: COTEC, 2011
Las tecnologías de fabricación aditiva aún no están implantadas de una forma extensa en la industria, en parte porque se deben resolver algunas limitaciones del propio proceso: materiales, calidad del resultado, repetividad, fiabilidad, etc. Pero la principal razón de infrautilización es el desconocimiento de estas técnicas por parte de los usuarios potenciales, que no son conscientes de las ventajas que puede aportar frente a otros procesos.

2.1.Integración de la FA con los procesos convencionales de fabricación

En este apartado se explica detalladamente cómo los procesos de fabricación aditiva deben integrarse en la cadena de valor, junto al resto de procesos (sustractivos y conformativos), aportando sus ventajas ahí donde tenga sentido y complementándose de forma coherente. Para ello es necesario comprender las limitaciones y las ventajas de los procesos de fabricación que completan la cadena de valor, para así involucrar procesos de fabricación aditiva pretendiendo obtener una integración exitosa y horizontal. En la figura 8 se muestra un esquema en que se clasifican los procesos de fabricación.
Figura 8. Clasificación de los procesos de fabricación
Fuente: COTEC, 2011
Fuente: COTEC, 2011
A continuación, se enumeran las principales diferencias entre la fabricación aditiva frente a los procesos convencionales utilizados en la industria. En este caso, la transformación de materiales plásticos por inyección es el proceso más extendido y representa la competencia directa de la fabricación aditiva. Tomando como ejemplo el proceso de inyección de plástico, el diseñador debe tener en cuenta una serie de consideraciones o limitaciones conducidas por el proceso de fabricación.

  • Complejidad añadida: en los procesos convencionales, la complejidad geométrica de la pieza se traduce casi siempre en un aumento en la complejidad en el utillaje y, en consecuencia, en el proceso de fabricación y su coste. Sin embargo, las complejidades geométricas de las piezas en los procesos de fabricación capa a capa no son susceptibles de un aumento de coste ni tampoco aumenta la complejidad de la fabricación.

  • Ensamblajes: el número de piezas existentes en un producto es un factor muy importante, en el que la fabricación aditiva puede aportar valor. Más piezas suponen más utillajes, mayores costes de ensamblajes, gestión de piezas y stocks, etc., y todo esto desemboca en un producto muy caro y poco competitivo. Con las tecnologías de fabricación aditiva, se pueden fabricar ensamblajes en una misma impresión. La adopción de reglas para el ensamblaje, como Design For Assembly (DFA), permite en los procesos actuales reducciones importantes de costes y mejoras que facilitan el montaje.

  • Ángulos de desmoldeo: para que una pieza inyectada se pueda extraer de un molde debe tener ángulos positivos. Esta limitación no existe en métodos de FA por la naturaleza de fabricación.

  • Negativos: en el diseño de pieza plástica para fabricar por inyección las zonas negativas, en las que el ángulo de desmoldeo es negativo, se debe evitar por la imposibilidad de desmoldear la pieza. A no ser que se introduzcan en el molde mecanismos de correderas automáticas o manuales que son muy costosas tanto en la fabricación, costes de operación y mantenimiento del molde. Además, la falta de un buen ajuste provoca zonas con rebabas y problemas de calidad en la pieza. En la fabricación aditiva no existe este tipo de limitación.

  • Espesor de pared: en inyección de plásticos es muy recomendable mantener un espesor de pared constante, para evitar problemas de rechupes y alabeos, a causa de las contracciones por un enfriamiento diferencial en diferentes zonas. En la fabricación aditiva no es necesario mantener espesores constantes de pared.

  • Líneas de partición: la línea de partición viene definida por la zona de apertura del molde de inyección. En esta zona quedará una pequeña rebaba en la pieza que puede afectar la calidad o la funcionalidad del producto. En la fabricación aditiva no existen líneas de partición a causa del no uso de utillajes.

  • Acabado superficial: los acabados superficiales de las partes de cada una de las piezas se deben tener en cuenta para la fabricación de los moldes y los electrodos. En la fabricación aditiva se puede modificar el acabado superficial en cada zona, aunque según el tipo de acabado es necesario postprocesar la pieza.

  • Marcas de expulsores: para evacuar la pieza del molde son necesarias unas herramientas llamadas "expulsores", que empujan la pieza fuera del molde. Es importante saber dónde se situaran ya que dejarán unas pequeñas marcas sobre la pieza que afectaran a la calidad e incluso a su funcionalidad. En la fabricación aditiva no son necesarios los expulsores.

  • Posicionamiento entrada de material: la entrada de material en el interior del molde no se decide de una forma arbitraria, sino que mediante simulaciones reológicas se determina el punto de inyección para asegurar el buen llenado del molde. El punto de inyección deja una marca, después de cortar la colada, que puede afectar la calidad y/o funcionalidad. En la fabricación aditiva no hay punto de inyección.

  • Soldaduras – uniones frías: durante el llenado multientrada de una pieza existen fronteras o soldaduras que ocurren cuando hay una unión entre material. En estas zonas se pueden producir soldaduras frías que se traducen en marcas en la pieza. Estas uniones no se dan en la fabricación aditiva.

La propia naturaleza de fabricación hace que la fabricación aditiva no esté vinculada a un molde, entendiendo que cualquier modificación de pieza realizado en el archivo CAD no supone un sobrecoste, mientras que las modificaciones geométricas en el molde son muy costosas (en tiempo y dinero).
En cuanto a la transformación de productos metálicos, existen muchas más posibilidades (forja, conformado, fresado, doblado, estampado, etc.). Por esto la comparativa frente a los métodos de FA es muy extensa y se deben abordar de manera individual. Es muy usual realizar estudios detallados e individuales de la pieza que se quiere fabricar, para tomar una decisión sobre el proceso productivo. Una de las principales líneas de desarrollo en tecnologías de metales es la fabricación de insertos metálicos, partes de moldes o moldes completos. Esta tecnología se suma a la tecnología usualmente utilizada en el sector del molde (mecanizado, electroerosión, etc.); la clave está en el aprovechamiento de las ventajas de cada una. La ventaja más significativa en el ámbito de moldes es la posibilidad de introducir canales de refrigeración conformales o conformal cooling, que permiten una mejor refrigeración reduciendo el tiempo de ciclo y mejorando su funcionalidad. Incluso gracias a la porosidad del material se pueden diseñar salidas de aire o air venting para evitar el atrapamiento del aire. Por el contrario, en la mayoría de las ocasiones, será necesario un acabado del molde mediante un mecanizado y/o pulido debido a la alta rugosidad de acabado superficial. Sin embargo, existen tecnologías híbridas dedicadas exclusivamente a la fabricación de moldes o insertos; primero se realiza el proceso aditivo y después se mecaniza en el mismo proceso.
Por el tipo de geometría de los productos fabricados, el proceso más similar al FA en metales es el mecanizado por fresado con cinco ejes indexados. De esta forma, con pocos amarres o ninguno, la fabricación de piezas es relativamente rápida y de buena calidad ya que no se tiene que referenciar en cada nuevo amarre las desviaciones. Existen máquinas de alta velocidad HSM (High Speed Machining) que optimizan el proceso realizando pasadas más rápidas pero sustrayendo menos material. Esta tecnología se utiliza tanto para piezas simples como complejas. El problema radica en que para geometrías muy complejas el coste se dispara, a causa de la dificultad en el sistema CAM que define la trayectoria de la herramienta. Este proceso lleva mucho tiempo y es preciso personal cualificado, lo que provoca un aumento en el coste de fabricación.
En el sector de la estampación aún hay mucho por hacer. Las geometrías planas no son muy complejas y se caracterizan por su relación superficie/espesor, que hacen que sean difíciles fabricar aditivamente a causa de las tensiones generadas. Sin embargo, las piezas de matricería están diseñadas para poder ser fabricadas por estampación y no por fabricación aditiva. De nuevo se debe cuestionar si se diseñan para ser fabricadas por fabricación aditiva (DFAM-Design For Additive Manufacturing), evaluando sus ventajas y limitaciones actuales. Es decir, contestarse la pregunta: ¿es posible que el diseño fuera viable para ser fabricada por fabricación aditiva?
En relación con la inyección de piezas metálicas, se pueden presuponer las mismas limitaciones que en la inyección de plásticos, ya que depende de un molde para la fabricación de piezas finales. En cuanto a procesos de sinterizados, son muy similares a la sinterización láser actual, en la que se parte de un material en polvo y a través de un molde se obtiene una pieza final maciza con estrechas tolerancias y acabado superficial.
Los procesos de fabricación convencional indicados anteriormente están pensados para grandes volúmenes de fabricación y geometrías relativamente sencillas. Tiradas muy largas con tiempos de ciclos muy cortos, siendo inviables económicamente realizarlo por sistemas de fabricación aditiva. Aun así, los procesos FA irán mejorando, lo cual reducirá los tiempos de fabricación mediante avances tecnológicos de hardware, pero difícilmente llegarán a superar las capacidades de producción de dichos procesos. De todas formas, tampoco es esa su misión, no es una tecnología que desplace a las tecnologías de grandes volúmenes pero sí que las complementa. No todas las piezas podrán ser fabricadas por FA, pero aquellas cuyas ventajas destaquen significativamente gracias a su diseño serán las que el propio mercado haga evolucionar hacia la fabricación digital.
Existen otros muchos procesos de fabricación de los cuales sería necesario realizar un estudio concreto para cada uno de ellos; ventajas, inconvenientes y oportunidades, bien de forma sustitutiva directa o de forma complementaria al introducirse en la cadena de valor del producto, siempre desde una perspectiva aséptica del diseño.

2.2.Cadena de operaciones en los procesos de FA

En primer lugar, es necesario obtener el modelo tridimensional de la pieza que se quiere fabricar. Este modelo se puede generar a partir de un software de CAD 3D o, en el caso que se tenga la pieza física, se puede hacer un escaneado tridimensional en forma de nube de puntos. Posteriormente se tratan para generar superficies y, finalmente, el sólido. Luego se genera una malla triangulada adaptada a las superficies del CAD; en este paso, se elimina toda la información paramétrica del software (tangencias, radios, etc.) y se exporta al formato STL (Standard Triangulation Language). Este formato triangula las superficies definidas matemáticamente por los vértices de los triángulos y las relaciones entre ellos, y cuenta con la ventaja que es matemáticamente sencillo y útil para los pasos posteriores del proceso. La desventaja es que al perder las propiedades, hace muy difícil cualquier modificación precisa del modelo.
Además, para conseguir una buena calidad de fichero, se requieren archivos de decenas o centenas de megabytes, que hacen muy pesado el archivo para geometrías complejas. Un error muy típico, en la exportación STL de objetos muy complejos, es el no cierre de las superficies, dejándolas abiertas e impidiendo la creación del sólido. Por esto, es imprescindible una revisión y corrección de la malla triangular.
A continuación, se envía al software de la impresora donde se sitúa la pieza virtual en el espacio de trabajo, lo cual permite orientar la pieza y posicionarla en el volumen de construcción. Según la geometría de la pieza, es necesario construir unas estructuras de soporte para sostener aquellas zonas que por el diseño quedan en voladizo, ya que el material no se puede solidificar en el aire.
Actualmente, casi la totalidad de las impresoras tienen una herramienta dentro del software que crea estos soportes. Después, se define el espesor de capa y los parámetros de máquina, y a partir de aquí, el software hace un rebanado o slicing de la geometría en capas de igual espesor. En este paso se soluciona el problema de fabricar una pieza de elevada complejidad, ya que se desglosa en un número elevado de tareas sencillas, descomponiendo en diferentes capas de geometrías diferentes y fáciles de fabricar. Se debe tener en cuenta que la configuración en el rebanado afectará el tiempo de impresión, la calidad de la impresión y las propiedades mecánicas de la pieza. Es obvio que cuanto menor sea el espesor de capa mejor calidad o acabado tendrá la pieza resultante, aunque el tiempo de impresión será mayor.
Esta información es la requerida por la máquina para empezar a trabajar y el último paso de la cadena es la fabricación de dichas capas adhiriendo la siguiente encima de la anterior. Una vez terminado el proceso de fabricación, y según la tecnología empleada, es necesario extraer las piezas de la cuba y recuperar el material no empleado (sistemas de lecho), o cortar los soportes que unen las piezas con la plataforma de construcción (si no son solubles) y postprocesarlas hasta obtener el acabado superficial deseado. Según los requerimientos de la pieza y la tecnología puede ser un trabajo inexistente o puede representar una carga de trabajo importante. A continuación, se muestra detalladamente las etapas en la fabricación aditiva.
2.2.1.Modelado 3D
Para la creación y fabricación de un modelo en tres dimensiones son necesarias varias etapas:

  1. Creación o descarga de un modelo 3D.

  2. Exportación a formato compatible con la impresora 3D.

  3. Reparación y preparación del archivo.

  4. Laminado del archivo, desglosar el modelo por capas y exportación a la impresora 3D.

Los archivos que se utilizan como modelo para imprimir en 3D están formados por un conjunto de vértices, aristas y superficies (triángulos o polígonos). Dicho archivo es llamado "modelo virtual", y cuanto mayor son estos triángulos menos detalles tendrán el objeto y más simplicidad en sus formas. Este proceso es llamado "triangulación del modelo". Dicha triangulación puede crearse con la ayuda de programas de modelado 3D, generado a partir de un escaneo 3D, o incluso se pueden descargar desde un sitio web.
Existe una larga lista de programas de modelado 3D, cada uno con sus peculiaridades, según el ámbito al cual va dirigido: ingeniería, arquitectura, diseño conceptual, decoración, animación, videojuegos, etc. Entre los softwares más conocidos y utilizados cabe destacar: 3ds Max, AutoCAD 3D, SolidWorks, ProEngineer, Blender, CATIA, Solid Edge, Revit, Maya y SketchUp.
Existen dos tipos de modeladores en 3D: los de sólidos y los de superficies. Los primeros crean sólidos a partir de volúmenes básicos (cubos, esferas, cilindros, etc.). Estos tipos de modeladores se utilizan para piezas mecánicas o de ingeniería. También son llamados "modeladores volumétricos". Los más conocidos son SolidWorks y CATIA, entre otros.
Los modeladores de superficies crean envolturas o pieles de un objeto que se define por las leyes geométricas. Sobre todo se emplean para las formas orgánicas, esculturas, carcasas, etc. Los modeladores más conocidos son ZBrush y Rhinoceros, entre otros.
Existe otra categoría de modeladores que son los paramétricos. Muchos modeladores volumétricos son también categorizados como paramétricos. Los diseños realizados con softwares paramétricos son objetos cuyo diseño esta ceñido a las ecuaciones en que los parámetros son fácilmente modificables.
2.2.2.Escaneo 3D
Otro método para obtener un modelo tridimensional de un objeto existente es realizar un escaneo 3D. El archivo resultante raramente será utilizable para una impresión 3D y, por ello, requerirá de un trabajo de corrección de las superficies (eliminación de ruidos y de datos parásitos, triangulación de la nube de puntos, orientación de normales, cierre de las caras y reparación de superficies) (Berchon y Luyt, 2016).
Un escáner 3D es un dispositivo que recoge toda la información de un objeto y su entorno. La geometría o forma y la apariencia (color, textura, etc.) son recogidas por el escáner, que las traslada a un sistema de visualización. La mayor parte de los escáneres se sirven de técnicas ópticas complejas de adquisición y análisis de datos espaciales tridimensionales. Por norma general, los escáneres miden la posición de una muestra de puntos de la superficie del sujeto y, a continuación, extrapolan su forma a partir de la distribución de esa nube de puntos. Esta operación se repite varias veces desde varias perspectivas rotando el objeto o el escáner. Hay que tener en cuenta que no todos los objetos pueden ser escaneados, por razones de transparencias o porque el modelo es muy brillante. Dichas características conducen a resultados erróneos, dado que los fenómenos físicos de reflexión y difracción perturban el sistema.
Figura 9. Proceso de escáner 3D de un modelo
Fuente: https://www.tecnonauta.com
Fuente: https://www.tecnonauta.com
En la figura 9, se muestra el proceso de escaneo 3D. Existen diferentes tipos de escáneres 3D: algunos necesitan contacto físico con el objeto y en otros no es necesario. Según la aplicación final existen diferentes tipos de escáneres: topografía, industrial, sanidad, entretenimiento, etc. También hay diferentes tipos de tecnologías, como son:

  • Escáneres de luz modulada o estructurada: es una proyección de rayas negras y blancas hacia el modelo mientras una cámara analiza la deformación de dicha proyección.

  • Escáneres láser: cada punto se calcula a partir del tiempo que emplea un rayo láser en ir y volver entre el emisor y su objetivo.

  • Escáneres estereoscópicos: están dotados de dos cámaras dirigidas hacia el modelo. Comparan las distancias entre las dos visiones de cámaras para cada punto del modelo siguiendo el principio de fotogrametría.

2.2.3.Exportación al formato de impresión 3D
Uno de los formatos más populares de exportación es STL. Este formato fue desarrollado en 1986 por Charles Hull, uno de los fundadores de 3D Systems, y se convirtió en un estándar de la fabricación aditiva independientemente de la tecnología utilizada. En la figura 10, se muestra la triangulación de una esfera con diferentes grados de triangulación.
Figura 10. Triangulación de un modelo tridimensional y su resolución
Fuente: https://tresdp.com/guia-diseno/
Fuente: https://tresdp.com/guia-diseno/
El formato STL describe la geometría de superficie del objeto en 3D por medio de un mosaico de triángulos que comparten sus aristas. La calidad de la impresión 3D depende en mucha parte de la definición y resolución de la triangulación. En la mayoría de modeladores tridimensionales es posible exportar directamente a STL u otros formatos compatibles, según la tecnología de impresión (.amf, .vrl, .zpr). Una de las limitaciones de las extensiones STL es que solamente contemplan la geometría del modelo pero no la textura ni los colores. Otra extensión es AMF (Additive Manufacturing File Format), que es un nuevo formato abierto y una alternativa al formato STL. AMF soporta por si solo la información de color, material, etc. Además, la compresión de un archivo AMF pesa dos veces menos que la de un archivo STL equivalente. Aun así, no es un formato muy utilizado, ya que las tecnologías aditivas que incluyen color en la fabricación son relativamente actuales.
2.2.4.Reparación y preparación del archivo STL
Antes de empezar con la impresión, en ocasiones para formato STL u otros formatos es necesario realizar reparaciones de las superficies, que pueden ser: caras mal orientadas o ausentes, aristas sueltas, etc. Para poder reparar estos defectos existen diferentes soluciones o softwares e incluso se puede realizar online. Entre los fallos más frecuentes se encuentran los siguientes:

  • El modelo no está cerrado o no es estanco, es decir, hay algunas caras inexistentes en el modelo. En este caso es necesario crear la cara para tapar la fuga.

  • En otras ocasiones existen caras cuya normal no está correctamente orientada. En estos casos se deben enderezar las caras mal orientadas.

  • Hay aristas sueltas que no definen ningún volumen y que, por tanto, el programa no sabrá interpretar. Se tienen que localizar y suprimir.

Para reparar y preparar el archivo de un objeto para ser impreso existen diferentes soluciones informáticas, e incluso dichos programas pueden realizar la corrección automática. Entre los programas más populares cabe destacar: Magics 17, Netfabb Studio o MeshLab. También existen servicios online de reparación en sitios web como Ponoko, Shapeways o Sculpteo.
2.2.5.Laminado del modelo
El último paso antes de imprimir el modelo es el laminado del archivo resultante. Dicho laminado se realiza mediante un software llamado slicer o "rebanador", que secciona en láminas todo el modelo. Además, con esta solución se configura el posicionamiento de la pieza, grosor de capa, velocidades, etc. En muchos casos, cada tecnología o impresora tiene su propio software de laminado y configuración de máquina. Entre los softwares más conocidos cabe destacar: Slic3r, Cura, Skeinforge, MakerWare o ReplicatorG.

2.3.Descripción de la tecnología de FA

El principio físico del proceso de fabricación aditiva es simplemente el aporte de material progresivamente, hasta llegar a tener una pieza consolidada. Sin embargo, existen diversas tecnologías de fabricación aditiva, y, generalmente, se clasifican mediante dos criterios: método de aporte de material y el de aporte de energía. La materia prima suele tener diferentes formatos: sólido (polvo, varilla o hilo, lámina) o líquido. Según el método de aporte de material se distinguen tres técnicas diferentes:

  • Punto: estos sistemas dosifican el material de forma puntual empleando sistemas de boquillas de inyección o extrusión. Estas boquillas son desplazadas por un sistema de tracción en los ejes cartesianos (similar a un plotter de plumilla), e incluso en sistemas más sofisticados se puede mover en los cinco ejes, siempre dentro de los límites de trabajo. Estos últimos son similares a las máquinas de control numérico pero en lugar de extraer material se añade.

  • Línea: la aportación de material se da en líneas o conjuntos alineados de puntos mediante inyectores multicanal. Estos inyectores se desplazan realizando unos barridos en el eje de las abscisas, aportando el material de forma selectiva en los lugares correspondientes, abriendo o cerrando los inyectores. Una vez finalizado el primer barrido, el carro vuelve a la posición inicial y se desplaza a la siguiente zona hasta acabar con la superficie de trabajo (similar a una impresora matricial).

  • Lecho: el material aportado está en exceso, normalmente en una especie de cuba, aunque solamente se consolida en los lugares donde se aporte energía. En este tipo de sistemas, se aporta el material por capas de espesor constante en toda la superficie de trabajo. El elemento que aplica estas capas es el llamado recoater, que tiene como objetivo aportar el material y alisar u homogeneizar la superficie.

La consolidación o agregación del material para conseguir una pieza sólida se consigue mediante la aportación de energía o adhesivos sobre el material aportado. Se pueden clasificar también los métodos de aporte de energía según como se aplique la energía:

  • Sistemas 0D: la energía se focaliza de forma puntual, describiendo trayectorias y recorriendo capa a capa toda la superficie a solidificar.

  • Sistemas 1D: la energía es aportada en líneas que cubren toda la superficie al desplazarse.

  • Sistemas 2D: la energía es aplicada simultáneamente en toda la superficie de trabajo.

El aporte de energía al sistema se realiza mediante calor o luz ultravioleta. El calor puede producir la fusión de metales, termoplásticos e incluso la polimerización de algunas resinas. También existen otros materiales fotosensibles, es decir, que pasan por un proceso de curado con lámparas ultravioletas. La combinación entre la velocidad de aporte de material y de energía determina la rapidez del sistema. Se debe tener en cuenta que cuando el aporte de material es localizado, el aporte de energía no está concentrado, mientras que si se utiliza material en exceso la energía debe aplicarse de una forma selectiva y localizada.
La energía y los sistemas de movimiento son los dos elementos más significativos en el coste de inversión de la máquina, ya que la combinación de ambos determina la calidad y la precisión de las piezas fabricadas. Como no es posible construir en el aire, se debe disponer de una plataforma de construcción donde se depositará la primera capa, anclándola a una superficie totalmente plana y calibrada. Esta plataforma desciende o asciende, según el sistema, a una altura correspondiente al espesor de capa. Así, la altura de construcción está limitada por la carrera máxima del sistema de desplazamiento. En la tabla 1 se han clasificado las principales tecnologías de fabricación aditiva según los dos criterios comentados anteriormente, que se explicaran en el apartado siguiente.
Tabla 1. Clasificación de las tecnologías de FA según el aporte de energía y el material
Fuente: COTEC, 2011
Fuente: COTEC, 2011
Existen otras tecnologías de fabricación aditiva: CDLP (Continuous Digital Light Processing), CLIP (Continuous Liquid Interface Production), LOM (Laminated Object Manufacturing), DOD (Drop on Demand), NPJ (NanoParticle Jetting), LENS (Laser Engineered Net Shaping), EBAM (Electron Beam Additive Manufacturing) y UDM (Ultrasonic Deposition Modelling), menos extendidas pero igual de importantes. Y otras en desarrollo como: ADAM (Atomic Diffusion Additive Manufacturing) o APD (Augmented Polymer Deposition). A continuación, se explican en detalle los principales procesos de fabricación aditiva.

3.Materiales de la tecnología de FA

La precisión dimensional, el acabado superficial junto con los materiales son los elementos más críticos en el desarrollo de la tecnología. El desarrollo de materiales para FA sigue un proceso lento, por los altos costes de lanzamiento y homologación, siendo la industria una clara motivación para los fabricantes de materiales. Por esto, muchos materiales van unidos a las necesidades de grandes sectores o aplicaciones donde se prevé una potencial demanda que sea rentable para la empresa comercializadora; como ejemplo, el caso del cromo/cobalto cuya aplicación en implantes médicos y dentales fue el motor de su desarrollo para la tecnología FA en metales. Otro ejemplo son los avances con titanio y níquel motivados principalmente por la industria aeronáutica. También existen altas expectativas en el desarrollo dentro del campo de los sistemas micro electromecánicos y los materiales biocompatibles en el sector de la biotecnología.
Al igual que existe con otros procesos de fabricación, la elección del material va muy ligada a las características del proceso. En la tecnología FDM, la viscosidad del polímero juega un papel muy importante. En los procesos de resinas la fotopolimerización del material es el parámetro fundamental y en los proceso de lecho o sinterizado el grado de porosidad está directamente relacionado con las propiedades mecánicas del material. Referente a las propiedades mecánicas de piezas fabricadas por tecnologías FA, es concluyente que en aquellas en las que se obtengan estructuras muy densificadas de material tienen muy buenas propiedades, similares e incluso mejores a las conseguidas por métodos convencionales. En cuanto a los materiales poliméricos utilizados en algunos procesos existen diferencias en comparación a las obtenidas por inyección clásica. Esto es debido principalmente a la porosidad y a las condiciones de ausencia de presión y consolidación durante el proceso. Los principales materiales utilizados se enumeran a continuación:

  • Estereolitografía: resinas epóxidos e híbridos epoxi acrílicos.

  • Sinterizados

    • Polímeros: Poliamidas - PA reforzados con fibra de vidrio, carbono y aluminio, PEEK, TPU, plásticos halógenos e ignífugos, materiales conductores (200 siemens/cm2), materiales reciclables (PA con cáscara de almendra)

    • Metálicos: acero, acero inoxidable (15-5PH, 17-4PH…), aleaciones de níquel (inconel…), aleaciones de cobalto, aleaciones de aluminio, aleaciones de cobre, aleaciones de titanio (Ti-6Al-4V…), metales nobles (oro, plata…)

  • Aglutinados: composites cerámicos

El desarrollo de materiales es un campo por descubrir e investigar, muy atractivo para los próximos años orientándolos a la obtención de producto final funcional. Sin embargo, también es necesario comparar los resultados y caracterizar mecánicamente estos materiales contra las tecnologías convencionales a la hora de aplicarlos en el ámbito industrial. Son mejores los resultados de estos materiales aplicados usando la FA en ocasiones y dan lugar a nuevas aplicaciones que hasta ahora no se planteaban.

4.Tecnologías de fabricación FA

4.1.Stereolithography (SLA)

La estereolitografía es considerada como el origen de los procesos de impresión 3D, con el primer modelo patentado en 1986 por Charles Hull y la primera máquina comercial desarrollada por la empresa 3D Systems en 1987.
Este proceso utiliza el principio de fotopolimerización para fabricar modelos en resinas. La pieza impresa descansa sobre una plataforma horizontal, sumergida en un líquido monomérico. Inicialmente, la fotopolimerización del monómero es provocada por un rayo de luz ultravioleta controlado con la ayuda de deflectores que son espejos de alta resolución ubicados sobre los galvanómetros. El rayo recorre la superficie de la resina líquida siguiendo las órdenes dadas por el modelo 3D transmitido a la impresora. Una vez que una capa de material es solidificada, la plataforma desciende según el espesor de capa (eje Z), tal como se muestra en la figura 11. Dada la viscosidad de la resina se debe eliminar el exceso con un recoater. Un posttratamiento al horno de ultravioleta es necesario para terminar la polimerización, y aumentar al máximo la resistencia del material. Finalmente se limpia la pieza con unos baños de solvente para eliminar el exceso de resina.
Figura 11. Método de impresión 3D por estereolitografía
Fuente: http://www.machinedesign.com
Fuente: http://www.machinedesign.com
Los materiales utilizados son resinas acrílicas o epóxidos que son químicamente modificadas, para que al solidificarse o polimerizarse sean símiles a termoplásticos técnicos rígidos y elásticos e incluso mejorar alguno de los aspectos técnicos respecto al material origen: PC-Like, PP-Like, ABS-Like, ABS-Like alto impacto, ABS-Like alta temperatura, etc. También existen materiales aptos para fabricar: máster a la cera perdida, moldes prototipos, etc. Esta tecnología permite fabricar piezas con geometrías muy complejas y espesores muy finos. Además, existe una amplia variedad de resinas epóxidos actualmente en el mercado para conseguir características muy diversas, como transparencia, flexibilidad, biocompatibilidad, etc. Sin embargo, las propiedades de los materiales se degradan a lo largo de la vida del producto a causa de la luz (que provoca un curado continuo) o la temperatura. En la figura 12 se muestra el resultado de la impresión de varios prototipos mediante estereolitografía.
Figura 12. Prototipos realizados en estereolitografía
Fuente: http://www.engitype.com
Fuente: http://www.engitype.com
Según la geometría es necesario la adición de soportes y uniones del mismo material, se fabrican al mismo tiempo y luego tienen que ser eliminados de forma manual. Al quitarse dejan unas pequeñas marcas, que posteriormente se deben lijar y/o pulir. Esto puede imposibilitar la realización de cavidades internas a las que un operario no pueda acceder. Cabe tener en cuenta las medidas de prevención de riesgos para los trabajadores que están en contacto con las resinas base epóxido.
Esta tecnología presenta claras ventajas para la impresión, en términos de precisión, calidad de detalles y acabado. Es una de las tecnologías más perfeccionadas del mercado, pero también de las más caras por la complejidad del dispositivo. La SLA permite también realizar grandes piezas que no es habitual en sistemas aditivos. Modelos como Mammoth, pueden elaborar objetos de más de dos metros de diámetro. Se ha comprobado que para según que tamaños de pieza, es una tecnología muy lenta, ya que el láser puede demorarse hasta dos minutos por tramo obteniendo piezas en tiempos muy extendidos, pudiendo ser días incluso.
El proceso es costoso, también las impresoras y los polímeros utilizados en el mercado. Además, este tipo de máquinas necesitan equipos adaptados, ventilación forzada debido a los vapores tóxicos y por todo esto el uso de esta tecnología está reservado principalmente a los grandes grupos industriales capaces de invertir.
Sin embargo, nuevas compañías como FormLabs o B9Creator ofrecen impresoras estereolitográficas de mesa, accesibles a las pequeñas empresas y particulares.

4.2.Digital Light Processing (DLP)

Al igual que la estereolitografía, la DLP consiste en la exposición de polímeros líquidos a la luz. Uno de las primeras entidades en aplicarlo fue EnvisionTEC, que utilizó esta tecnología para producir objetos destinados al mercado de la prótesis dental, la joyería y los audífonos, tal como se observa en la figura 13.
Figura 13. Audífonos impresos en DLP por EnvisionTEC
Fuente: EnvisionTEC
Fuente: EnvisionTEC
Se trata de un sistema de resinas sensibles a la luz con dos peculiaridades. En primer lugar, el curado de la resina se hace por capas en vez de por puntos, a diferencia de SLA. La exposición selectiva a capa completa se consigue mediante un proyector digital con tecnología DLP (Texas Instruments). La luz que permite el proceso de fotopolimerización proviene de un chip que barre rápidamente la superficie del depósito, desarrollado en 1987 por el doctor Larry Hornbeck. Gracias a una matriz de espejos, uno por píxel, movidos por unos microactuadores que según el estado reflejan o no la luz hacia la cuba de resina. Dicha matriz contiene hasta un total de dos millones de espejos microscópicos. Los puntos de la resina que se ven afectados por la luz se solidifican mientras que lo demás queda en estado líquido, tal como se ve en la figura 14. La tecnología DLP entre los sistemas de proyección es la que da mayor contraste y definición de borde del píxel.
Figura 14. Método de impresión 3D DLP
Fuente: https://3dprintingindustry.com
Fuente: https://3dprintingindustry.com
Este tipo de impresión es mucho más rápida que el proceso SLA y puede imprimir objetos con mejor resolución. El hecho de que sea más rápido viene dado porque las capas se solidifican en una sola proyección masiva de todos los puntos, mientras que en SLA el láser debe recorrer toda la capa realizando el contorno y posteriormente el interior. La principal ventaja de la DLP es la reducción de un tercio de los costes de impresión respecto a la SLA. Esta tecnología permite fabricar piezas con un acabado de superficie capaz de competir con las tecnologías de moldeado por inyección. La precisión media de una impresora como la ZBuilder es de 0,2 mm.
El láser ultravioleta de los dispositivos SLA genera aproximadamente seis órdenes de magnitud de potencia mayor que el sistema basado en lámparas DLP, por esto la luz ultravioleta del proyecto tiene un tiempo de permanencia más alto que el rayo láser (Dean et al., 2012). Otra de las ventajas es que no necesita un nivelado de la plataforma perfecto, ya que la plataforma se sumerge dentro de la resina. La desventaja es que se necesitan soportes tal como se ha comentado anteriormente.

4.3.Polyjet (PJ)

Esta tecnología fue desarrollada por la empresa Objet en 1999, en Israel. Utiliza materiales sensibles a la luz ultravioleta mediante unos inyectores multiorificio de actuación independiente en cada uno. Cada cabezal de impresión está equipado con 96 boquillas. Los inyectores se mueven por el espacio de trabajo en los ejes de abscisas y coordenadas. La deposición se realiza en capas con movimientos del cabezal de izquierda a derecha, depositando el material. Instantes después la resina líquida se cura mediante unas lámparas ultravioleta situadas en el mismo carro, tal como se observa en la figura 15. Este proceso se repite continuamente hasta finalizar la pieza.
Figura 15. Método de impresión 3D PJ
Fuente: http://engatech.com
Fuente: http://engatech.com
Con la variante PolyJet Matrix es posible imprimir materiales compuestos, con distintas propiedades físicas y mecánicas. Por consiguiente, cada material cuenta con su propio sistema de almacenamiento. De los ocho cabezales de impresión, generalmente disponibles en la máquina, se reservan dos para cada material. Cabe destacar que fue la primera máquina multimaterial en el sector significando un gran avance en innovación. En esta tecnología es necesario el uso de soportes, siendo estos fabricados en material dúctil y retirándose fácilmente manualmente o mediante chorreado dejando poca o ninguna marca sobre la superficie de la pieza. El material de soporte suele ser un gel soluble en agua. Esto representa una de las mayores ventajas de la tecnología PolyJet, porque no se necesitan largas fases de acabado.
Figura 16. Prototipo de zapato deportivo realizado por PJ
Fuente: Stratasys
Fuente: Stratasys
Este tipo de tecnología puede trabajar con más de un material, pudiendo hacer piezas multimaterial (rígido y elástico), transparentes y opacos e incluso multicolor. El principal atractivo de esta técnica es que ofrecen una surtida lista de materiales de impresión con características muy diferente. El usuario incluso, puede crear sus propios materiales compuestos, llamados digital materials. La posibilidad de crear a demanda los materiales deseados supone una gran ventaja, cuando se buscan resultados que se asemejen a la realidad. Los materiales digitales por sus peculiaridades (resistencia a la tracción, tensión a la rotura, etc.) permiten fabricar prototipos con propiedades bastantes similares al material final (ver Figura 16).

4.4.Binder Jetting (BJ)

La primera impresora de este tipo fue comercializada en 1996 por la compañía Z Corporation, mediante tecnología desarrollada por MIT (Massachusetts Institute of Technology). Esta tecnología es llamada por las siglas 3DP, impresiones de policromas. En 2012 la compañía Z Corporation fue comprada por 3D Systems. Estas impresoras utilizan inyectores estándares de impresoras de chorro de tinta, para depositar selectivamente microgotas de un adhesivo diluido sobre un lecho de polvo. Dicho lecho tiene base de yesos, de forma que en el lugar donde se deposita el adhesivo, se aglutina y reacciona para formar un cuerpo sólido. Seguidamente, la plataforma de construcción baja el espesor de una capa y el recoater de rodillo apila la siguiente capa sobre la anterior y así sucesivamente, tal como se ve en la figura 17. Este tipo de impresora tiene cuatro depósitos (aglutinante y tres tintas de colores).
Figura 17. Método de impresión 3D 3DP
Fuente: https://www.aniwaa.com
Fuente: https://www.aniwaa.com
Las posibilidades que ofrece este proceso son muy variadas, utilizando materiales como cerámicas, metales, polímeros y compuestos. Por otra parte, la 3DP permite ejercer un control localizado de ciertos aspectos de la impresión: composición de los materiales, microestructuras o incluso textura de la superficie.
La desventaja de este tipo de sistemas es que no tiene muy buena resolución vertical (90 micras), además de fabricar piezas muy frágiles con aspecto arenoso y colores apagados, como se ve en la figura 18. Posteriormente, es necesario realizar un postproceso de limpieza y soplado, además de un infiltrado. Como en todas las tecnologías de lecho los soportes son prescindibles. Por esto es posible crear diseños que contengan formas de voladizos, entretejidas y volúmenes internos; el único requisito es contar con espacio suficiente para recoger el polvo sobrante.
Figura 18. Prototipo de sistema delantero de coche realizado por 3DP
Fuente: 3D Systems
Fuente: 3D Systems
3DP ha sido la primera en permitir impresiones en cerámica y una de las tecnologías pioneras en imprimir metal. La principal virtud es su coste de producción. El precio de las impresoras no alcanza una sexta parte de las máquinas de estereolitografía. Únicamente seis compañías poseen los derechos de uso de la tecnología 3DP: ExtrudeHone, Soligen, Specific Surface Corporation, TDK Corporation, Therics y Z Corporation-3D Systems.

4.5.Continuous Digital Light Processing (CDLP)

Sistema de fabricación aditiva patentado el febrero del 2014 por EiPi Systems por los inventores: Joseph M. DeSimone, Alexander Ermoshkin, Nikita Ermoskin y Edwrd T. Samulski. La principal desventaja de la fabricación aditiva para que sea viable para la manufactura en masa es la velocidad de impresión, ya que debe aumentar en al menos un orden de magnitud manteniendo al mismo tiempo una excelente precisión. CDLP también denominado CLIP (Continuous Liquid Interface Production) es una tecnología de fabricación aditiva con origen en el DLP pero con una mejora que repercute en la evolución de un proceso discontinuo (DLP) a un proceso continuo (CDLP). Aunque la inhibición de radicales libres a causa del oxígeno es un obstáculo en la fotopolimerización de resina fotosensibles, el control de este repercute directamente en la creación de un nuevo sistema más sencillo y rápido que la estereolitografía. Típicamente, la inhibición de oxígeno conduce a la incompleta cura provocando un espacio entre la última capa curada y la base, evitando así, que se enganche a la superficie de la cuba. El oxígeno puede bien o inhabilitar el fotoiniciador excitado o crear peróxidos, esto evita la iniciación y propagación de la polimerización. Siguiendo la teoría, mediante materiales permeables al oxígeno se puede conseguir una fina capa de líquido sin curar entre la ventana y la superficie de la pieza curada llamada “zona muerta” (Tumbleston et al., 2015)
. De esta forma, se consigue pasar de un proceso de fabricación por etapas a un proceso totalmente continuo, con el consiguiente aumento en la velocidad (ver Figura 19).
Figura 19. Método de impresión 3D CDLP
Fuente: https://eddm.es
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Respecto a los soportes, se deben extraer manualmente igualmente que mediante el proceso de SLA. Los materiales utilizados son resinas acrílicas o epóxidos parecidas a las utilizadas en estereolitografía pero adaptadas a la naturaleza de fabricación DLP.

4.6.Selective Laser Sintering (SLS)

Inventada y patentada por Ross Householder en 1979 esta es una de las tecnologías más extendida en la fabricación aditiva. Fue desarrollada por la compañía EOS, ubicada en Alemania. Sobre un lecho de polvo un láser dibuja las zonas que se desea sinterizar de forma muy similar a la estereolitografía, con la diferencia que en vez de un líquido es un sólido el material de aporte. Durante el proceso, el material se calienta en la cuba hasta la temperatura de transición, un grado por debajo de la temperatura de fusión, de esta forma el láser solamente aplica la energía necesaria para fundir el material. Un rodillo extiende una capa de polvo muy fina (0,1 mm) sobre la plataforma de impresión. El proceso se repite hasta que se completa la fabricación del objeto. Al terminar, se extrae la pieza de la bandeja de polvo y se limpia para quitarle las partículas de polvo que no se han fusionado (ver Figura 20).
Figura 20. Método de impresión 3D SLS
Fuente: http://www.clone3d.co.nz
Fuente: http://www.clone3d.co.nz
Una de las desventajas de este sistema es que al igual que en la inyección existen contracciones en el termoplástico. Por ello, la temperatura de la cuba debe decrecer poco a poco, aumentando así el tiempo de producción. Los materiales más comunes son los polímeros semicristalinos (PA12, PA con cargas e incluso PEEK). La ventaja principal es que no se requieren soportes que junto a las excelentes propiedades de los materiales convierten este sistema como el más exitoso. Otros materiales que se pueden utilizar son cerámicas vidrios o metales. La sinterización de metales forma parte de otro tipo de tecnologías llamada Direct Metal Sintering (DMLS).
Figura 21. Colector para automoción fabricado en SLS
Fuente: 3D Systems
Fuente: 3D Systems
La precisión estándar de la sinterización láser es de 0,1 mm, por lo tanto, es menos precisa que SLA o DLP. Se trata de un proceso mucho más económico en materiales, ya que el polvo que no se utiliza durante la impresión no queda afectado por la proximidad del láser y puede ser reutilizado un número determinado de veces. La superficie de las impresiones 3D basadas en polvo tienen generalmente una apariencia arenosa y bastante rugosa, al contrario del SLA, que produce piezas más suaves y uniformes (ver Figura 21). Las posibilidades de acabados son diversas según el mercado al que va destinada la pieza. Entre los parámetros para configurar la impresión hay que tener en cuenta: la regularidad de los granos, la elección de la longitud de onda del láser, etc.

4.7.Multi Jet Fusion (MJF)

La tecnología MJF se engloba dentro de las tecnologías de fabricación aditiva basadas en el fundido de termoplásticos en formato polvo, tal como SLS. La fuente de energía es térmica y funde selectivamente las áreas de un lecho de polvo. El proceso combina la velocidad de la impresión 2D utilizando la química de absorción y de reflexión de la radiación infrarroja, para la fusión selectiva de polímeros. La tecnología MJF está basada en HSS (High Speed Sintering) o sinterizado de alta velocidad, se usan cabezales de impresión de tintas para depositar unos agentes aglutinantes sensibles al calor, concretamente un material que absorbe la radiación en base de negro carbón. Una vez depositado el agente, unas lámparas infrarrojas inciden sobre toda la superficie fundiendo solamente aquellas partes donde se haya depositado el agente, siendo así una tecnología mucho más rápida que el SLS (ver Figura 22).
Figura 22. Método de impresión 3D MJF
Fuente: HP
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El polvo polimérico que no se ha fundido, sirve como soporte para sostener la pieza. Una de las ventajas principales respecto al SLS, aparte de la velocidad de impresión, es que es capaz de reciclar el material no utilizado un nombre finito de veces. Esta tecnología nace a partir del éxito de las piezas para uso final por SLS, mejorando la productividad y reduciendo el precio/pieza buscando el nicho de pequeñas series, controlando la calidad y precisión de las piezas (ver Figura 23).
Figura 23. Paños para puertas fabricados en MJF
Fuente: HP
Fuente: HP

4.8.Direct Metal Laser Sintering (DMLS)

Una de las técnicas de fabricación de aditivos más efectivas para el metal es la sinterización directa de láser de metal, también conocida como DMLS. Este proceso se puede utilizar para construir objetos de casi cualquier aleación de metal. La sinterización directa de láser de metal consiste en esparcir una capa muy fina de polvo de metal a través de la superficie que se va a imprimir. Un láser se mueve lenta y constantemente a través de la superficie para sinterizar este polvo, lo que significa que las partículas dentro del metal se fusionan entre sí, a pesar de que el metal no se calienta lo suficiente para permitir que se derrita completamente. Se aplican entonces capas adicionales de polvo y se sinterizan, imprimiendo así capa a capa el objeto deseado, tal como se ve en la figura 24.
Figura 24. Método de impresión 3D DMLS
Fuente: https://laseroflove.wordpress.com
Fuente: https://laseroflove.wordpress.com
Una vez que se ha completado el proceso de DMLS, se deja enfriar el objeto impreso. El exceso de polvo puede ser recuperado de la cámara de construcción y reciclado. La principal ventaja del DMLS es que produce objetos libres de tensiones residuales y defectos internos que pueden afectar a los componentes metálicos fabricados tradicionalmente. Esto es extremadamente importante para los componentes metálicos que operarán bajo un alto estrés, tales como piezas aeroespaciales o automotrices. Los componentes metálicos fabricados tradicionalmente deben ser tratados térmicamente después de fabricados para eliminar las tensiones internas que podrían causar el fallo de las piezas.
Figura 25. Intercambiador de calor fabricado en DMLS
Fuente: http://withinlab.com
Fuente: http://withinlab.com
Los metales utilizados: inoxidables, aceros, aleaciones cromo-cobalto, titanio y aleados, aluminio, inconel (ver Figura 25). La principal desventaja de esta tecnología es la necesidad del diseño de los soportes que tienen diversas funciones: mantener la pieza sujeta a la plataforma, soportar los voladizos, conducir y disipar parte del calor de fusión para reducir tensiones internas.
La eliminación de los soportes es una tarea muy costosa incrementando el precio de pieza en concepto de postprocesado, mecanizado, pulido, etc. Otros nombres para referirse a este proceso de fabricación: Laser Cladding (LC) y Selective Laser Melting (SLM).

4.9.Electron Beam Melting (EBM)

La tecnología EBM es muy similar al sinterizado directo de metales con la diferencia que el polvo es fundido por la acción de un haz de electrones. El polvo metálico es distribuido por toda la superficie de trabajo, y seguidamente, el haz de electrones funde el material siguiendo el patrón de la sección geométrica de la pieza capa a capa, repitiendo así el proceso hasta conseguir la pieza deseada, tal como se ve en la figura 26. En cada capa el haz de electrones realiza un precalentamiento del área de trabajo para elevar la temperatura antes de fundir el polvo. El resultado de dicho proceso son piezas sin tensiones residuales ni distorsiones al enfriarse. Existen máquinas capaces de dividir el haz de electrones en múltiples haces de menor potencia, permitiendo fundir múltiples zonas de trabajo simultáneamente y controlando la cantidad de energía suministrada en cada punto. Este avance permite obtener piezas con mejor acabado superficial, detalles y estructuras porosas sin perjudicar la productividad.
Figura 26. Método de impresión 3D EBM
Fuente: https://3dcompare.com
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Como en el sinterizado directo es requerido realizar el diseño de soportes para asegurar una correcta fabricación. Otra funcionalidad de los soportes es evacuar el exceso de calor en la zona de la pieza donde incide el haz de electrones ya que dispone de mayor potencia. Estos soportes son fácilmente extraíbles ya que el polvo procesado se encuentra en un estado semisinterizado que tiene la capacidad de soportar algunas zonas geométricas sin necesidad de soportes. Otra peculiaridad es que al trabajar en vacío, permite trabajar materiales metálicos reactivos, como es el caso de aleaciones de titanio y aluminio, consiguiendo elevados grados de pureza en la fusión.
Tal como se ha comentado, el proceso es muy similar al DMLS Con la peculiaridad de que utiliza un haz de electrones acelerados hasta aproximadamente 0,8 veces la velocidad de la luz, que al impactar sobre el material desprende energía en forma de calor que funde el material. Dado que el haz de electrones es concentrado y deflectado mediante campos magnéticos, no hay sistemas mecánicos móviles de espejo, consiguiendo elevadas velocidades de recorrido del haz sobre el lecho a diferencia del DMLS. Al transmitir parte de la energía cinética contra el polvo, este se levanta creando una nube de partículas que distorsiona el propio haz. Siendo esto una desventaja respecto otros sistemas, influyendo en la calidad, precisión y acabado de la pieza. Es requerido un postprocesado de las superficies para obtener el acabado definitivo.

4.10.Fused Deposition Modeling (FDM)

También llamado Fused Filament Fabrication (FFF) o Plastic Jet Printing (PJP), es un proceso de fabricación aditiva creada en 1989 por Scott y Lisa Crump. En 1989, Crump patentó la tecnología FDM y fundó la empresa Stratasys, actualmente referente tecnológico en fabricación aditiva.
Se trata de una tecnología de fabricación capaz de crear objetos extruyendo materiales poliméricos, normalmente termoplásticos, a través de una boquilla que deposita el material punto a punto. Esta tecnología utiliza, normalmente, dos boquillas: una genera la pieza o modelo y la otra los soportes necesarios para que la pieza no caiga. Los soportes pueden ser fabricados en el mismo material que el modelo o en otro distinto. La eliminación de los soportes puede ser manual, o si el material de soporte es soluble, se realiza una inmersión en el disolvente. Esta segunda opción es la más adecuada para la fabricación de geometrías complejas o mecanismos autoensamblados.
El proceso de fabricación empieza con la fusión de un termoplástico en forma de filamento almacenado en una bobina. Un motor paso a paso empuja este filamento hacia un extrusor calentado por una resistencia, la presión ejercida por el motor produce la extrusión del polímero por la boquilla que lo va depositando siguiendo unas trayectorias establecidas en el programa. Normalmente, el extrusor dibuja la figura en el plano XY gracias a unas guías que transportan el extrusor, mientras que la plataforma de soporte de la pieza se desplaza en el eje Z para dar volumen al objeto. Este proceso se repite hasta que se completa la geometría, tal como se observa en la figura 27.
Figura 27. Método de impresión 3D FDM
Fuente: https://www.makexyz.com
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La simplicidad del proceso permite que sea la tecnología más avanzada en términos de materiales y en el desarrollo de mejoras de la propia máquina (Hopkinson y Dickens, 2005).
Las partes fabricadas por esta tecnología rondan tolerancias de fabricación alrededor de la décima de milímetro, dependiendo de la impresora. Las inercias en los carros de los extrusores, el sistema desplazamiento y la calidad de los motores influyen directamente en la precisión dimensional de las impresoras. Además, la estrategia de impresión (generalmente, velocidad de impresión), el material y la geometría se suman a la precisión dimensional que se obtiene en el objeto fabricado. En la figura 28, se muestran un producto que se comercializa actualmente, fabricado en FDM.
Figura 28. Guitarra fabricada con FDM
Fuente: https://customuse.myshopify.com
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Los materiales más utilizados con este tipo de impresoras son el ABS y el PLA, pero desde la penetración de este tipo de tecnologías en el mercado industrial han aparecido termoplásticos técnicos tanto rígidos como elastómeros hábiles para ser impresos: PP, PC, TPU, TPE, PEEK, PET, PA, ABS-PC, POM, PE y PS, e incluso compuestos nailon con fibras de vidrio, carbono, etc.

5.Normalización y estandarización de la tecnología de FA

La implementación de este tipo de tecnologías de fabricación en el proceso productivo en diferentes sectores hace necesario llegar a un consenso de estandarización de estas tecnologías: terminología, ensayos de propiedades físicas y químicas de los materiales, especificaciones de los procesos, etc.
Actualmente, hay escasez en la coordinación para alcanzar la estandarización mundial, ya que es requerido un organismo especializado en fabricación aditiva. Esto conlleva que, aunque existen algunas organizaciones que están trabajando en ello (ISO), las fichas técnicas de los materiales no son comparables para diferentes fabricantes. En FA los parámetros de máquina determinan los resultados obtenidos en las propiedades técnicas de los materiales, y esta es la razón de la no comparabilidad entre fichas técnicas. Existe poca repetividad entre proveedores de la tecnología, resultando una desventaja a la hora de asegurar al cliente final que el producto deseado ha sido fabricado según lo especificado, limitando así la implementación de la tecnología en sectores emergentes. En 2008 dos entidades SME (Society of Manufacturing Engineering) y RTAM (Rapid Technologies and Additive Manufacturing) decidieron encontrar una solución a este problema, primeramente con ASTM o American Society for Testing and Materials, una corporación sin ánimo de lucro desarrollando estándares e información técnica para materiales, productos, sistemas y servicios. Finalmente se estableció que ASTM se encargaría de la terminología, los ensayos, materiales y especificaciones de proceso específica. Un ejemplo del trabajo hecho es el documento generado sobre la terminología estándar para la fabricación aditiva (ASTM F2792 – 10E1 “Standard Terminology for Additive Manufacturing Technologies”). Otras entidades también están trabajando en ello como por ejemplo DIN con una propuesta de normalización equivalente (ISO/TP/P 215 “Additive Manufacturing – Rapid Technologies (Rapid Prototyping)" – “Fundamentals, terms and definitions, quality parameters, supply agreements”).

6.Software de la tecnología de FA

Tal como se ha comentado anteriormente, los sistemas CAD existentes fueron concebidos para dar solución al diseño de piezas para ser fabricadas por tecnologías clásicas. Esto evoca una serie de limitaciones en el diseño para fabricar mediante FA. Es curioso que los desarrolladores de nuevos software enfocado a la fabricación avanzada no sean las grandes empresas de CAD, sino nuevas compañías especializadas en tecnologías de FA, que son capaces de entender y dar respuesta a las exigencias y posibilidades que ofrecen este tipo de tecnologías. La limitación y sencillez de las geometrías permitidas por los métodos convencionales han coaccionado los sistemas CAD actuales, no siendo una aproximación válida para los procesos de FA. Para cumplir las necesidades de los diseñadores de FA y maximizar las oportunidades que aportan es necesario desarrollar software con los siguientes aspectos:

  • Modelización libre: basar el diseño de superficies y sólidos para la fabricación avanzada y no en geometrías primitivas (planos, cilindros, esferas, taladros…), y que mediante una serie de operaciones (funciones y requerimientos del producto) se pueda disponer de forma intuitiva del modelo tridimensional de la pieza deseada.

  • Personalización del producto: es necesario el desarrollo de herramientas que den solución al proceso de diseño del producto unitario adaptado a unos requerimientos concretos, ya que esta tecnología permite crear en una misma bandeja de construcción tantos productos diferentes como sea posible (ejemplos: implantes dentales o audífonos).

  • Texturas repetitivas: la FA posibilita las texturas replicadas en la pieza a nivel micro o macro. Esto supone la sustitución o adaptación de los formatos CAD, ya que con los actuales el volumen del fichero es muy pesado.

  • Gradientes de material: la tecnología de fabricación avanzada permite realizar partes de una misma pieza maciza y otras secciones semihuecas. El software debería asimilar esta adaptación para cumplir con otra de las ventajas que supone la FA.

  • Simulación de elementos finitos: para comprobar la resistencia mecánica, la difusión del calor y/o los fluidos, este software deberían integrar simuladores de elementos finitos tipo CAE.

  • Formatos de CAD: los ficheros STL (Standard Triangulation Language) utilizados desde el inicio de la estereolitografía (1988) no son suficientemente adaptados para la tecnología FA actual. La calidad de estos ficheros no es muy alta, por esto el organismo ASTM (comité que dirige los estándares en FA) puso en marcha una nueva concepción del formato llamado STL 2.0, fijando el problema de la precisión en superficies complejas, posibilitando texturas, verificando la viabilidad en la fabricación e incluyendo la información del autor, copyright, etc.

7.Ventajas y limitaciones

La naturaleza del proceso de fabricación aditiva aporta una serie de ventajas respecto a los procesos clásicos de fabricación, que se resumen a continuación.

7.1.Ventajas de la FA

7.1.1.Ventajas asociadas al producto

  • En primer lugar, la complejidad geométrica que se puede conseguir mediante este tipo de procesos sin repercutir en su coste final. Todo lo que se puede imaginar como idea se puede trasladar a la concepción: esbeltez, vaciados internos, canales internos, espesores variables, formas irregulares, asimétricas e incluso la introducción de la biomimética o reproducción de la naturaleza (ergonomía, aerodinámica, hidrodinámica, etc.). La fabricación sustractiva y conformativa han resuelto todos estos retos con aproximaciones, ensamblajes o procesos de muy alto coste. Las nuevas capacidades del FA habilitan en el diseño el cambio radical, no solamente en la estética, sino también en adaptar el diseño al comportamiento y/o necesidades estrictamente necesarias y requeridas. Permiten libertad en la creatividad, así como la réplica exacta de modelos teóricos de la ingeniería (análisis de elementos finitos) sin aproximaciones más o menos ajustadas. Se pasa del concepto de “el papel lo aguanta todo” a “si se puede dibujar, se puede fabricar”.

  • La personalización en masa, muy relacionado con el término Manufacturing on Demand (MOD), en el cual se fabrica siempre y cuando existe una orden de demanda. FA permite fabricar productos diferentes en el mismo volumen de trabajo sin una penalización en el coste, lo que facilita la personalización en masa, que es una de las principales tendencias actuales en el desarrollo de productos de alto valor añadido.

Dichas características se traducen en ventajas en el sector industrial, haciendo FA un proceso competitivo para la fabricación de piezas. Incluso es capaz de materializar diseños que serían imposibles con cualquier otra tecnología. Además los procesos de FA están involucrados en diversas fases de la cadena de valor: etapa de diseño (modelos conceptuales y prototipos); obtención de utillajes (útiles, patrones, galgas, moldes); etapa de industrialización (preseries); etapa de producción (pieza final).
A continuación, se muestran otras ventajas asociadas al producto:

  • Aligeramiento: la reducción del peso de un producto es un aspecto muy importante y alcanzable con metodologías de FA, por medio de estructuras internas huecas (lattice structure) o jugando con la densidad de los materiales (topology optimization). En el caso de las tecnologías convencionales, el aligeramiento de productos por estructuras internas o densidades es muy difícil, caro y a veces imposible. Así que la única alternativa es realizar ensamblajes, aumentando el coste y dificultando el proceso (ajustes, tolerancias, etc.).

  • Multimaterial: algunas tecnologías de FA permiten la adición de diferentes materiales, es el caso de FDM y Objet. Además de jugar con la porosidad de un mismo material ahí donde lo requiera, supera las limitaciones actuales en la relación peso/resistencia mecánica o aporta funcionalidades nuevas y abaratando costes. Es cierto que existen fabricaciones convencionales multimaterial, como el llamado sobremoldeo, aunque la distribución multimaterial en todo el volumen es mucho más limitada y las zonas de interconexión suelen ser conflictivas por el distinto comportamiento de ambos materiales.

  • Ergonomía: la libertad geométrica en el diseño comporta la posibilidad de adaptar los productos hacia la biomecánica humana, de tal manera que la interacción con el usuario final y el diseño no afecte a los costes de fabricación. Por consiguiente, la personalización del diseño puede adaptarse no solamente a una talla estándar, sino exactamente a las particularidades antropométricas de cada usuario.

  • Multipiezas: en algunas tecnologías de fabricación aditiva, principalmente las que no necesitan soportes para su fabricación, es posible integrar mecanismos en una misma pieza. Se puden integrar diferentes geometrías y materiales en un mismo sólido, consiguiendo fabricar un eje y su cojinete, el macho y la hembra de una rosca, un muelle y su soporte sin la necesidad de ensamblajes o ajustes posteriores.

7.1.2.Ventajas asociadas al proceso

  • Reducción del time-to-market en nuevos productos: el prototipado rápido optimizó el tiempo en la etapa de diseño y redujo considerablemente los errores de comunicación entre los distintos integrantes del proyecto, acelerando la salida del producto al mercado. También se reducían el riesgo al fracaso, errores en etapas posteriores e incluso obtener un feedback de los clientes. Actualmente, algunos de los productos se lanzan mediante la fabricación aditiva minimizando costes y tiempo en la fabricación de utillajes o ensamblajes. Materializar directamente el producto final con FA reduce drásticamente muchas fases anteriores al lanzamiento, además de contar con la flexibilidad de adaptación a las continuas demandas en un mercado de constante cambio.

  • Producción de series cortas: la fabricación de series cortas por FA es una realidad que normalmente se externaliza a empresas expertas en FA. Esta fabricación permite reducir los lotes, llegando incluso a la serie unitaria sin repercutir en costes extras de fabricación al prescindir de utillajes. De esta forma la implantación de Lean Manufacturing es mucho más fácil, permitiendo ganar productividad gracias a la reducción de inventario, operaciones sin valor añadido y simplificando la logística interna.

  • Reducción en errores de montaje: la integración de componentes sin la necesidad de ensamblaje disminuye sus costes asociados, reduciendo además los posibles errores durante el ciclo completo de producción.

  • Reducción de costes en utillaje: mediante FA el producto no está ligado al uso de utillajes, lo que supone una gran flexibilidad de adaptación al mercado, además de una reducción y eliminación de costes asociados a los utillajes tales como el mantenimiento, el cambio de referencia y su fabricación. Para grandes tiradas en las que no es viable prescindir de utillajes, las técnicas de FA se pueden aplicar en la fabricación de moldes, troqueles, plantillas, etc.

  • Procesos híbridos: en ocasiones la tecnología FA no remplaza la fabricación convencional pero la complementa muy bien. Por ejemplo, fabricar aditivamente una pieza en metal para acabarla mediante un mecanizado por arranque de viruta; de esta forma no partes de un bloque macizo sino de una geometría que resulta ser más rápida y económica, ya que el desgaste de la herramienta y la energía utilizada es menor. Otro ejemplo, son los moldes que se mecanizan a partir de grandes bloques de acero para realizar la cavidad, y mediante fabricación aditiva se incluye en esta cavidad una serie de insertos, con canales de refrigeración conformales que aumentan el rendimiento del proceso de inyección.

7.2.Limitaciones en la FA

Se han comentado las ventajas más significativas tanto del producto como del proceso de FA. Sin embargo, existen una serie de limitaciones o desventajas que dan lugar a la no implantación, por el momento, de la tecnología FA de forma generalizada en muchos sectores. Las limitaciones van encaradas tanto a los procesos de fabricación aditiva como a procesos auxiliares. Dichas limitaciones, son sin duda superables mediante el avance en investigación por parte de universidades, centros de investigación y empresas privadas en todo el mundo.
7.2.1.Limitaciones del proceso de FA

  • Disponibilidad y coste de materiales: las tecnologías de FA permiten trabajar con una pequeña gama de materiales (metálicos y poliméricos entre otros) respecto a los usados en tecnologías conformativas y/o sustractivas. Además, el precio de adquisición de estos materiales son bastante superiores. Los problemas de disponibilidad y el alto coste es debido a los bajos volúmenes de consumos actuales, lo que no justifica las inversiones en la producción de materiales. A su vez, el alto coste unitario disuade de un aumento del consumo. El proceso de desarrollo de nuevos materiales dando respuestas a requerimientos de la industria es clave para el futuro de la FA.

  • Acabado superficial y velocidad de fabricación: estos dos aspectos se presentan juntos, ya que el acabado superficial de una pieza depende directamente de la velocidad de impresión. Al aumentar la velocidad de impresión, el coste/pieza se reducirá y, consecuentemente, se abrirán nuevos nichos de mercado. Las piezas fabricadas por fabricación aditiva salen de máquina con una alta rugosidad superficial por la naturaleza del capa a capa, llamada "efecto escalera" o stair effect.

  • Propiedades anisótropas: las características mecánicas de las piezas fabricadas aditivamente no son, por lo general, iguales en los distintos ejes, es decir, depende de la dirección de construcción. Los programas de simulación y análisis llevan a cabo su actividad bajo la hipótesis de materiales isotrópicos, no siendo el caso para productos fabricados capa a capa.

  • Calidad del producto y repetividad del proceso: algunas tecnologías de fabricación aditiva presentan problemas de repetividad en las impresiones y no aseguran la precisión dimensional. Uno de los causantes son las contracciones que se generan entre las diferentes capas donde se producen pequeñas tensiones del material cuando se enfría. Igual que en la inyección, es necesario un estudio en profundidad de las contracciones del material para poder sobredimensionar el molde, en la FA debería ser similar pero sobredimensionando el CAD de manera adecuada para su correcta fabricación.

  • Tamaño limitado de piezas: el tamaño de la pieza fabricable depende del volumen de trabajo de la máquina donde se quiera construir.

  • Coste de la maquinaria: de forma parecida a lo que sucede con la materia prima pasa también con la maquinaria. Al haber poca demanda el coste de estas máquinas se dispara hasta precios de millones de euros. La tendencia es que, como ha pasado con otras tecnologías, vayan reduciendo su coste hasta alcanzar economías de escala. Cabe destacar que la baja velocidad del proceso, el alto precio de la máquina y su funcionamiento hacen que la productividad por pieza sea pequeña, y el coste por pieza muy alto.

  • Desconocimiento del proceso: existe una carencia de conocimientos relacionados con el proceso de fabricación de FA. Muchos parámetros que no se tienen en cuenta tienen un efecto significativo en la calidad de la pieza, como, por ejemplo, su orientación en el espacio. Para un control más ajustado del proceso, se requieren investigaciones más profundas, con el objetivo de determinar correctamente las interrelaciones entre todos los parámetros de funcionamiento para obtener la pieza deseada.

7.2.2.Limitaciones auxiliares del proceso de FA

  • Sistemas de dibujo asistido (CAD): el hecho de que los softwares de diseño asistido por ordenador hayan sido creados o concebidos para diseñar para fabricar mediante tecnologías de fabricación conformativas o sustractivas, ha limitado mucho el diseño en los sistemas de FA. Ello es el cuello de botella para la creación de productos totalmente distintos a las soluciones actuales. Este software debería implementar herramientas para posibilitar el diseño multimaterial, con gradiente de densidad de material, etc.

  • Materia prima en polvo: las tecnologías en base a polvo funcionan de forma similar. En primer lugar, se fabrica la pieza con la cubeta de material cargada. En segundo lugar, cuando la pieza ya está fabricada se extrae la cubeta completa y se separa la parte sinterizada del polvo. Seguidamente pasa por un proceso de tamizado y se separa la parte reciclable de la que no lo es. No obstante, estas operaciones son manuales y, por lo tanto, muy laboriosas, lo que supone altas tasas de improductividad y operaciones sin valor añadido.

  • Manipulación de piezas y acabado: hasta ahora el proceso de extracción de las piezas es también totalmente manual. En cuanto la pieza está totalmente fabricada, un operario capacitado debe sacar la pieza manualmente de la máquina y seguir con la cadena. En muchos casos la pieza después de ser fabricada debe pasar una serie de postprocesos (infiltración, mecanizado, pintado, chorreado, etc.), lo que supone un sobrecoste.

8.Design for Additive Manufacturing (DFAM)

El objetivo de este apartado es hacer referencia a la importancia en la flexibilidad del diseño de productos en este tipo de tecnologías, cuya propiedad principal es la libertad total en el diseño, independientemente de cómo se va a fabricar. Este concepto es conocido como “fabricación libre de formas” o freeform fabrication. Se trata de un cambio de paradigma en el diseño de productos; del diseño dirigido por la fabricación, a la fabricación dirigida por el diseño.
Hasta la aparición de la fabricación aditiva, los diseñadores realizaban productos fabricables por tecnologías convencionales (conformado y sustractiva), con la aparición de las tecnologías de fabricación avanzadas, el cuello de botella se sitúa en el ingenio y las capacidades del diseñador y sobretodo, en los sistemas de diseño asistido por ordenador (CAD) que fueron concebidos para los procesos convencionales de fabricación. La fabricación aditiva cada vez más es un proceso establecido en la industria, que da respuesta a la fabricación de volúmenes medios y bajos. Para grandes volúmenes aún no es una tecnología ni económicamente competitiva ni con suficiente capacidad de producción, en comparación a métodos de fabricación sustractivos o conformativos. De todas formas, existe gran afán en avanzar tecnológicamente y cubrir nichos de mercado de gran demanda. Sin embargo, no solamente hay que poner atención en los costes y las cantidades, sino también en lo que este tipo de tecnología puede aportar a los productos, ya que son variables fundamentales a la hora de estudiar la viabilidad técnica y económica del producto. El diseño para la fabricación aditiva es un factor clave que solventa muchos de los problemas, límites y restricciones, que en muchas ocasiones aparecen en el diseño de un producto, que posteriormente se fabricará en procesos de fabricación convencional. Asimismo, el desconocimiento actual de las oportunidades que esta tecnología ofrece hace al diseñador escoger tecnologías de fabricación erróneas. En el momento que se conozca las ventajas y el abanico de posibilidades ligadas a este proceso de fabricación, el diseñador verá abrirse ante él un mundo de nuevas posibilidades de redefinir el producto. Y será capaz de alcanzar la concepción de nuevos diseños al ser el máximo conocedor de las funciones y requerimientos de la pieza/producto. Por esto es necesario realizar una abstracción de la idea actual del diseño y liberarse de las restricciones que tradicionalmente se han tenido que respetar para poder llegar a fabricar. Ello da lugar a una nueva forma de diseñar sin pensar en cómo se va a industrializar.
Una vez se llega a este punto, aparecen nuevas ideas que muy probablemente eran impensables, superando muchas dificultades que suponía la fabricación convencional. No se debe olvidar que aunque en el diseño para la fabricación aditiva no hay límites, existen restricciones en otros aspectos como son los materiales, el acabado final de las piezas y el coste. Tal como se ha comentado anteriormente, la fabricación aditiva no desplazará a un segundo lugar la fabricación convencional, sino que la complementará, así, casi con toda seguridad y aunque se vayan reduciendo las piezas no fabricadas por FA y con ello el montaje, seguirá existiendo la necesidad de introducir partes realizadas por manufactura convencional. En la actualidad, se ha separado la fabricación aditiva de elementos mecánicos de los electrónicos, lo que ha obligado a su ensamblaje. En el siguiente paso, una vez consolidada la fabricación mecánica de componentes, se pasará a la fabricación combinada de productos mecánicos y electrónicos mediante FA.
Con las tecnologías de fabricación aditiva aparece una necesidad referente a las reglas de diseño. Este cambio de paradigma lleva a un cambio radical a la hora de concebir ideas, siendo las reglas de diseño actuales inservibles, ya que fueron pensadas y desarrolladas para procesos de fabricación convencional. En este aspecto, aún hay mucho trabajo por hacer aunque las entidades más próximas a este tipo de tecnología están desarrollando algunas reglas para cada tecnología. La causa es su novedad, la ignorancia hacia estas tecnologías y su pobre implantación en la industria, sin tener unas estrategias o reglas de diseño requeridas para que los proyectistas puedan afrontar un nuevo diseño de producto con las garantías de que finalmente el producto vaya a cumplir con las necesidades funcionales y dimensionales.
Entre las reglas de diseño destacarían, por ejemplo, la orientación de la pieza en el volumen de trabajo para evitar desviaciones dimensionales por tensiones o contracciones, optimizar los esfuerzos (anisotropía) o evitar daños durante la creación de paredes esbeltas. El buen diseñador debe tener muy claro tanto las ventajas del proceso de fabricación como los inconvenientes, teniéndolo en cuenta todo en las etapas más tempranas del diseño, por lo que la ingeniería simultánea es clave, conectando el diseño, la fabricación y el ensamblado del producto. Los aspectos más relevantes en la fabricación son: dimensiones y tolerancias de la máquina, orientación de la pieza, espesor mínimo de pared, parámetros de impresión, etc.
Este cambio de paradigma tiene una serie de ventajas:

  • Complejidad y optimización en el diseño: la libertad en el diseño da lugar a la aparición de geometrías complejas fabricables, a partir de software de simulación de elementos finitos que optimizan el sólido consiguiendo la mínima utilización de material para cumplir con los requerimientos técnicos, minimizando así el tiempo de fabricación y optimizando el coste.

  • Integración de componentes: la optimización puede provenir por la reducción de componentes en el producto. La tecnología de fabricación aditiva permite imprimir un ensamblaje de una tirada, si se cumplen las condiciones geométricas con las tolerancias de fabricación de la máquina. En los métodos sustractivos o conformativos, cuando existen geometrías internas en el diseño, es obligatorio fabricar por separado y ensamblarlo más tarde, con el correspondiente aumento de coste en utillaje y personal.

También se deben tener en cuenta estas reglas o consideraciones:

  • Empezar enumerando las funciones del producto o ensamblaje, no pensar solamente en la fabricación convencional y a partir de entonces, ir diseñando con toda libertad el producto.

  • No considerar los principios convencionales de fabricación del diseño mecánico: ejes de simetría, sistema de coordenadas o material estándar o prefabricado.

  • Reducir los elementos o partes del producto mediante la integración inteligente de funciones reduciendo así los costes de montaje.

  • Intentar implementar soluciones biomiméticas (imitar la solución de problemas tal como lo hace la naturaleza), adaptándolas a los requerimientos del producto.

  • Liberarse totalmente del diseño gracias a la ayuda de sistemas asistidos por ordenador adaptado al concepto freeform fabrication.

  • Realizar simulaciones llamadas topology optimization orientando el diseño a una mayor resistencia y menor peso, reduciendo el uso de material y, consecuentemente, de energía.

  • Aprovechar las ventajas geométricas y de fabricación que aporta la fabricación aditiva: estructuras huecas, espesores variables de pared, etc.

  • La desvinculación de los utillajes en el diseño permite no perder tiempo y dinero en su planificación y fabricación. Las modificaciones en el diseño no comportan problemas en los utillajes inexistentes, solamente sobre el modelo CAD.

  • Partir de las cargas y esfuerzos que debe superar la pieza para añadir material allí donde se necesita para conseguir una superficie óptima.

  • Tener en cuenta el carácter anisótropo de las piezas fabricadas aditivamente.

  • Diseñar para conseguir siempre la mejor solución.

9.Perspectivas de futuro

Se han generado grandes expectativas sobre la fabricación aditiva e incluso hay autores que han afirmado que será un fenómeno más grande que Internet. McKinsey estima que los efectos sobre la estructura de la producción tendrían un impacto de hasta 550.000 millones de dólares anuales en el 2025 (McKinsey, 2013).
Revees afirma que en la actualidad se están realizando muchos esfuerzos por parte de gobiernos, empresas y universidades en la investigación y desarrollo de la fabricación aditiva. Asimismo, afirma que la impresión 3D doméstica y la fabricación aditiva industrial son consideradas de forma independiente en la actualidad pero que convergerán en un futuro, concluyendo que se trata de una evolución industrial más que de una revolución (Revees, 2013).
Según estudios realizados en 2013 por IBM se prevé que los costes de imprimir en 3D caerán un 79% en el próximo año y un 92% en la próxima década. Además, introducen la impresión 3D en una nueva cadena de suministro digital (new software-defined supply chain), que viene dada por tres revoluciones tecnológicas: la impresión 3D, la robótica inteligente y open source electronics (Brody, 2013).
Según un estudio realizado por la consultora OBS Business School en 2015, se estima que el valor generado actualmente por las industrias inmersas en la fabricación digital o a partir de impresoras en 3D es de 188,5 millones de euros, con una tasa anual de crecimiento del 26% para el año 2016 y una previsión de crecimiento para el período 2016-2021 de casi un 30%. La industria militar es la principal generadora de valor, con un 30%, seguido de la arquitectura o las industrias relacionadas con el hogar (22%), el deporte (16%), el transporte (14%), la moda y el entretenimiento (12%) y el sector médico y la salud (6%).

10.El aporte de valor frente a los costes

Los costes que comporta la fabricación de una pieza mediante fabricación aditiva se desglosan en los cinco siguientes.

  • Coste de material: los materiales para FA son caros en comparación con los utilizados en las tecnologías de fabricación convencionales debido a la falta de economías de escala que los aborden y ser más competitivos en el mercado.

  • Coste de personal: es requerido personal especializado en este tipo de tecnologías, ya que necesitan entender el proceso para acertar con la correcta estrategia de fabricación, la ubicación en la plataforma, la configuración de parámetros adecuados y también las operaciones de postproceso. Durante la fabricación, la máquina es autónoma y no requiere de personal, aprovechando turnos nocturnos.

  • Coste de amortización de la máquina: aunque cada vez las máquinas son más baratas y más rápidas, hoy en día siguen siendo costosas, además, en muchas ocasiones requieren de mantenimiento y recambios. El grado de utilización de las máquinas debería ser superior al 85%.

  • Costes de periféricos: no es suficiente solamente la máquina para fabricar, sino que también es necesario software CAD y estaciones de postprocesado (chorreado, infiltrados, etc.).

  • Costes indirectos: entre los que se incluyen los gastos de formación de personal, consumo de energía, gastos generales, etc.

En general se suelen comparar los costes de FA con los costes de la fabricación convencional. Para tomar la decisión de qué camino tomar, no solamente se deben tener en cuenta los costes directos, sino que se deben tener en cuenta el valor añadido que se le confiere al producto. Existe la necesidad de orientar la industria hacia la generación de valor en los productos y procesos, en contraste con la tendencia de abaratamiento de costes.
Una de las razones por las que las tecnologías de FA no están totalmente extendidas por la industria es porque aún no se sabe valorar o explotar las ventajas que aporta esta tecnología. Aun así, el sector industrial busca la optimización de costes haciendo necesario el análisis de costes asociados a la FA frente a procesos convencionales, tal como la inyección de plástico. En el caso de las tecnologías de conformado es imprescindible realizar una inversión inicial en un molde. Por el contrario, con FA no es necesario el uso de utillajes, por esto el coste/pieza es prácticamente independiente del número de piezas fabricadas, ya que no se incluye ninguna amortización por utillajes. En la figura 29, Neil Hopkinson muestra la cantidad a partir de la cual es más rentable inyectar la pieza en vez de fabricarla por FA; este es el punto de equilibrio (Hopkinson y Dickens, 2003).
Figura 29: Comparativa coste/cantidad (izquierda) y coste unitario (derecha)
Fuente: COTEC, 2011
Fuente: COTEC, 2011
El tamaño de la serie es un parámetro decisivo, aunque no se debe seguir solamente el criterio del coste; también el valor añadido del producto, la libertad del diseño, evitar problemas con utillajes, posibles cambios del diseño, la posibilidad de ajustar los lotes a la demanda del mercado, las ventajas en la cadena de suministro, etc. Cuando se trata de un producto con mucha incertidumbre en ventas porque es novedoso o porque se enfoca a un mercado del cual no se tiene referencia, la construcción de un costoso molde para que finalmente se vendan pocas unidades puede desembocar en un alto riesgo de desastre financiero, mientras que si se opta para la fabricación en FA baja drásticamente el nivel de riesgo. Al realizar este análisis económico comparativo, no se debe caer en el error de hacer el análisis de la pieza diseñada para ser fabricada con tecnologías clásicas, sino realizar un nuevo diseño enfocado y adaptado a las peculiaridades de la fabricación aditiva.

11.Recursos y servicios en impresión 3D

Aunque existen cada vez más empresas que han incorporado este tipo de tecnologías, en España han sido los centros tecnológicos y las universidades quienes han hecho una apuesta más clara y han desempeñado un papel clave en su desarrollo y la transferencia de conocimiento a la industria.

11.1.Centros tecnológicos y universidades

AIDO (Instituto Tecnológico de Óptica, Color e Imagen)
Dirección: C/ Nicolás Copérnico, 7-13. Parque Tecnológico
46980 - Paterna, Valencia
Teléfono: 96 131 80 51
AIJU (Centro Tecnológico del Juguete)
Dirección: Avda. de la Industria, 23 - 03440 Ibi (Alicante)
Página web: www.aiju.info
Teléfono: 96 555 44 75
AIMME (Instituto Tecnológico Metalmecánico)
Dirección: Parque Tecnológico, Avda. Leonardo Da Vinci,
38 - 46980 Paterna, Valencia
Página web: www.aimme.com/es/
Teléfono: 96 131 85 59
AITIIP (Centro Tecnológico)
Dirección: Pl. Los sitios,
1 Duplicado 1ºB. 50001, Zaragoza
Página web: www.aitiip.com
Teléfono: 976 46 45 44
CTAG (Centro Tecnológico de Automoción de Galicia)
Dirección: Polígono Industrial A Granxa. Calle A, parcelas
249-250 E - 36400 Porriño, Pontevedra
Página web: www.ctag.com
Teléfono: 986 900 300
ELISAVA - Escola Superior de Disseny
Dirección: La Rambla, 30-32 - 08002 Barcelona
Página web: http://www.elisava.net/
Teléfono: 93 317 47 15
Fundació CIM
Dirección: Parc Tecnològic de Barcelona. C/Llorens i
Artigas, 12 - 08028 Barcelona
Página web: http://www.fundaciocim.org/
Teléfono: 93 401 71 71
Fundación Prodintec (Centro Tecnológico)
Dirección: Parque Científico Tecnológico de Gijón (zona INTRA)
Avda. Jardín Botánico, 1345
Edificio "Antiguo secadero de tabacos"
33203 Gijón (Asturias)
Página web: www.prodintec.com
Teléfono: 984 390 060
IQS - Instituto Químico de Sarriá
Dirección: Via Augusta, 390 - 08017 Barcelona
Página web: http://www.iqs.es/
Teléfono: 932 672 000
LEITAT
Dirección: C/ de la Innovació, 2 - 08225 Terrassa, Barcelona
Página web: http://www.leitat.org
Teléfono: 93 788 23 00
LORTEK (Centro de Investigación en Tecnologías de Unión)
Dirección: Arranomendi kalea 4A
20240 ORDIZIA (Gipuzkoa)
Página web: www.lortek.es
Teléfono: 943 882 303
Universitat de Girona
Dirección: Plaça Sant Domènec, 1. Edificio Les Àligues - 17071 Girona
Página web: http://www.udg.es
Teléfono: 972 41 80 00
Universidad de Las Palmas de Gran Canaria – Laboratorio de Fabricación Integrada (LFI)
Página web: https://www.ulpgc.es/
Teléfono: 928 45 86 18
Universidad de Oviedo
Dirección: Escuela Politécnica de Ingeniería de Gijón
Campus de Gijón, s/n - 33203 Gijón, Asturias
Página web: http://www.epigijon.uniovi.es
Teléfono: 985 18 22 30
Universidad de Loughborough
Página web: http://www.lboro.ac.uk/departments/meme/research/research-groups/additive-manufacturing/

12.Aplicaciones

En la industria existen muchas aplicaciones y tendencias donde la fabricación aditiva está penetrando cada vez más. A continuación, se detallan sectores y aplicaciones donde las estrategias de fabricación aditiva son actualmente empleadas y siguen teniendo gran potencial de crecimiento. Con estos ejemplos se puede valorar el valor que aporta frente a los procesos sustractivos o conformativos.
También se precisan otros sectores, en los que este tipo de tecnologías no se están aplicando de forma habitual, pero sí puntualmente. Además de añadir ejemplos de nuevos modelos de negocio. Como se ha comentado con anterioridad, los procesos de fabricación aditiva no tienen como objetivo ser un sustituto de los procesos sustractivos o conformativos en todos los casos, sino que es una opción más dentro de la cadena de valor que permite optimizar costes o tiempos de operación con la ejecución de soluciones con mayor valor añadido.

12.1.Medicina

El sector médico es donde la fabricación aditiva está impactando con más fuerza, identificándose como el de mayor aplicación de los productos fabricados con esta tecnología (23%), seguido por el sector de la automoción (15%) y el aeronáutico (15%). De hecho, el sector médico ha sido el motor de desarrollo de las tecnologías de fabricación aditiva. Su aplicación es una gran ventaja, lo que ha provocado la colaboración entre desarrolladores (proveedores de máquinas y materiales) y usuarios (especialistas médicos). Las particularidades que aumentan el interés en este sector son las siguientes:

  • La necesidad de fabricar piezas únicas, adaptadas a los requerimientos del paciente.

  • Aunque la solución al problema comporte altos costes de fabricación, es un sector de alto valor añadido en términos de salud y calidad de vida.

  • Los modelos geométricos son de gran complejidad y se tienen que adaptar al cuerpo humano, con lo que a veces no es posible optar por métodos convencionales de fabricación.

  • Existe un link entre los sistemas de captura de datos (escáneres, TAC, etc.) y las técnicas de tratamiento y fabricación por sistemas aditivos, que son fáciles de integrar.

  • Los médicos pueden tomar decisiones a partir de un modelo tridimensional, disponiendo de un alto grado de autonomía en la toma de decisiones porque pueden incluso practicar con estos modelos sólidos.

Dentro de este sector se pueden distinguir varios subsectores de aplicación:

  • Biomodelos. La complejidad de los distintos órganos del cuerpo humano y su singularidad, en ocasiones, la necesidad de intervención urgente facilitan la aplicación de fabricación aditiva en el proceso. Por ello, una de las prácticas muy habituales es reproducir las partes del cuerpo de un determinado paciente a modo de prototipo, para que el cirujano pueda practicar y planificar una compleja intervención quirúrgica (ver Figura 30). Este tipo de procesos reduce el riesgo de errores y replanificación durante la operación.

Figura 30. Biomodelo fabricado en PJ
Fuente: Stratasys
Fuente: Stratasys

  • Implantes artificiales personalizados. Un ejemplo de ello son los implantes en el oído, fabricados para un paciente en concreto adaptado a su fisonomía. Esto ya es una realidad que sigue una tendencia muy marcada: la personalización en masa, que tiene mucho éxito en el ámbito industrial. Las ventajas que ofrece es la adaptación del producto perfectamente a la geometría individual del canal auditivo de cada persona, haciendo que el valor añadido, por su comodidad y funcionalidad, sea muy competitivo desde una perspectiva técnica y económica (ver Figura 31).

Figura 31. Implantes auditivos fabricados aditivamente
Fuente: Envisiontec
Fuente: Envisiontec

  • Implantes dentales. El campo de la ortodoncia es uno de los más avanzados, asistido por la toma de datos de un escaneado de la boca del paciente, con el objetivo de fabricar un acoplamiento perfecto con su dentadura (ver Figura 32). La posibilidad de utilizar materiales como el cromo-cobalto-molibdeno o el oro asegura un futuro muy prometedor. Actualmente, se realizan producciones seriadas de este tipo de elementos.

Figura 32. Prótesis dentales fabricadas en SLM
Fuente: 3D Systems
Fuente: 3D Systems

  • Implantes y prótesis articulares a medida. Existen muchas soluciones para la inserción de prótesis articulares: rodilla, hombro, cadera e incluso de cráneo (ver Figura 33). Con materiales como el cromo-cobalto o el biotitanio es posible realizar este tipo de intervenciones. La adaptación a la geometría del cuerpo humano, los materiales y la competividad de los costes respecto a los procesos convencionales hacen de la fabricación aditiva una solución ideal para este tipo de casos. Igual que en otros sectores requiere una validación a nivel de calidad de los resultados de las máquinas 3D, lo cual supone un trabajo laborioso para las empresas fabricantes, ya que tienen que homologar el producto y el proceso.

Figura 33. Implante en el cráneo fabricado por DMLS
Fuente: http://impresiontresde.com
Fuente: http://impresiontresde.com

  • Utillajes y herramientas de ayuda en las intervenciones. En este apartado se incluyen sistemas estereotácticos (plantillas y guías quirúrgicas para resección, taladrado, posicionamiento, etc.). Se trata de una industria de altísimo valor añadido y para la que se prevé un crecimiento anual en algunos segmentos del 10 %. Los requerimientos en este tipo de productos en lo que se refiere a su geometría son muy complejos: aristas afiladas, paredes esbeltas, agujeros y canales internos, aligeramiento de las piezas y diseño ergonómico. En muchos casos, además, se exige absoluta personalización del instrumental para un cirujano, un paciente o incluso para la empresa que lo comercializa (ver Figura 34).

Figura 34. Creación de instrumental quirúrgico impreso en 3D
Fuente: http://impresiontresde.com
Fuente: http://impresiontresde.com

  • Scaffolds o andamiajes. Se trata de estructuras porosas que permiten el crecimiento de tejidos artificiales, como, por ejemplo, el óseo o el cartilaginoso, y son cada vez más empleados en ingeniería tisular (ver Figura 35). Las tecnologías aditivas en este caso permiten fabricar estos andamiajes con toda la complicación que se requiera, y se consiguen formas 3D en las que el nuevo tejido se puede aproximar perfectamente a su forma final.

Figura 35. Andamiajes para el crecimiento de tejidos orgánicos
Fuente: www.huffingtonpost.com
Fuente: www.huffingtonpost.com

12.2.Sector aeronáutico

Igual que en el sector médico las tecnologías de fabricación aditiva han tenido gran impacto en el sector aeronáutico, ya que se adapta a sus requerimientos. Los bajos volúmenes de fabricación y el compromiso entre la resistencia de la pieza y su peso, la personalización y la necesidad de generar geometrías complejas constituyen un estadio ideal para la fabricación aditiva. Los principales proveedores de piezas de avión están adoptando estas tecnologías. También se están adoptando en el sector militar. El gran impedimento, de nuevo, es la imperativa homologación que afecta tanto a los nuevos diseños como al propio proceso, y es en lo que se está trabajando actualmente.
Las primeras aplicaciones fueron en la conducción de fluidos con materiales plásticos. Gracias a la libertad en la geometría y la naturaleza de fabricación las tecnologías de fabricación aditiva competían de forma muy eficiente con el proceso convencional. La posibilidad de diseñar y fabricar este tipo de geometrías de una sola vez (no en numerosas piezas como se venía haciendo) y en bajos volúmenes hace que el FA encuentre su primer nicho en este sector.
Actualmente, ya existen muchas piezas del avión con materiales metálicos volando para la compañía Boeing. De gran interés en este sector son las posibilidades que está ofreciendo la tecnología NNS (Near Net Shape), en la que los procesos aditivos permiten acercarse a la geometría final de la pieza para luego ser finalizada por un proceso convencional, normalmente un mecanizado. Según vayan avanzando los procesos de homologación, el sector aeronáutico será especialmente rentable para la FA, por la reducción que supondrá en elevadas inversiones en utillaje, que actualmente penalizan mucho el coste/pieza, al tener bajo número de unidades por pedido.
Un ejemplo práctico es el peine o rake (ver Figura 36) de instrumentación para la medición de presión en la corriente de un fluido: es un soporte (un cuerpo más un pie) con una colección de tubos o tomas de presión total y/o estática, cuya misión puede ser la de medir velocidades. Conocidos también como tubos de Pitot, que simplemente realizan la medición de la presión y/o temperatura, con una disposición conveniente para tomar medidas en distintas cotas o puntos del espacio más o menos próximos. Es muy utilizado en los sectores naval y aeronáutico. Mediante técnicas híbridas y siguiendo estrategias naturales de la fabricación aditiva ha sido posible desarrollar productos optimizados para los sectores aeronáuticos.
Figura 36. Peine fabricado en DMLS por la compañía RAMEM
Fuente: RAMEM
Fuente: RAMEM

12.3.Industria manufacturera en general

En los anteriores sectores la aplicación de las tecnologías de fabricación aditiva se ven muy claras, pero existen otros sectores manufactureros donde su aplicación no parece tan evidente. El coste/pieza, la reducida gama de materiales entre otros son los principales limitadores de la introducción de este tipo de tecnologías en los sectores industriales. La batalla de la customización en masa en muchos sectores ya está ganada (calzado, ropa deportiva, gafas, etc). Pero cabe distinguir diferentes niveles de personalización, productos que son únicos para un individuo en concreto o alguna modificación en algún parámetro de un diseño existente (color, tamaño, acabados, etc.). En la figura 37 aparece un esquema en que se muestran los diferentes niveles de personalización.
Figura 37. Diversos grados de personalización de un producto
Fuente: COTEC, 2011
Fuente: COTEC, 2011
El concepto de producto industrial, desde finales de siglo xviii, se alejó de estos términos de exclusividad o productos únicos, más propios de una fabricación artesana. En la actualidad, en muchos países desarrollados se están buscando soluciones para combinar la alta productividad que aporta un proceso industrial y el alto valor añadido que confiere el trabajo personalizado. Este concepto es llamado "personalización en masa". Las tecnologías FA son un paso en esta dirección. Pero en el sector manufacturero, las tecnologías aditivas pueden tener gran aplicación fuera del propio producto que comercializa, facilitando los procesos convencionales de fabricación. Ejemplos de ello se encuentran en el empleo de utillajes para aplicaciones de manipulación (garras para manipuladores, robots, etc.), útiles de asistencia para facilitar ensamblajes (sistemas Poka-Yoke) o la mejora de la ergonomía de herramientas o puestos de trabajo. La menor dependencia de utillaje en la planta, o su optimización, permite imaginar también la producción de piezas en lotes mínimos, e incluso unitarios, minimizando los tiempos de cambio de referencia (SMED - Single Minute Exchange of Die), pilares básicos de la fabricación ajustada y de alta productividad (Lean Manufacturing). Otro aspecto que se debe valorar en una fábrica es cuánto cuesta la logística de recambios, tanto de componentes de producto como de los propios utillajes de fabricación con múltiples de combinaciones posibles, que demandan una gestión ordenada y un espacio de almacenamiento, con grave riesgo de obsolescencia. Esto supone costes de inmovilizado considerables que las tecnologías de FA resolverían en gran medida, ya que tanto los modelos de repuestos como de utillajes se pueden almacenar en forma de ficheros CAD que se materializan justo en el momento que se demandan (COTEC, 2011).

13.Glosario de términos

2D: Dos dimensiones
3D: Tres dimensiones
3DP: 3D Printing
ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)
ADAM (Atomic Diffusion Additive Manufacturing)
APD (Augmented Polymer Deposition)
ASTM (American Society for Testing and Materials)
BJ (Binder Jetting)
CAD (Computer Aided Design): Diseño asistido por ordenador
CAE (Computer Aided Engineering): Ingeniería asistida por ordenador
CAM (Computer Aided Manufacturing): Fabricación asistida por ordenador
CAPE (Computer Aided Process Engineering): Procesos de ingeniería asistida por ordenador
CDLP (Continuous Digital Light Processing)
CLIP (Continuous Liquid Interface Production)
DFA (Design for Assembly): Diseño para ensamblar
DFAM (Design for Additive Manufacturing): Diseño para la fabricación aditiva
DFM (Design for Manufacturing): Diseño para fabricar
DIN (German Institute for Standardization)
DIY (Do It Yourself): Hazlo tú mismo
DLP (Digital Light Processing)
DMLS (Direct Metal Laser Sintering)
DOD (Drop on Demand)
EBAM (Electron Beam Additive Manufacturing)
EBM (Electron Beam Melting)
EE. UU. (Estados Unidos)
FA (fabricación aditiva). En inglés, AM (Additive Manufacturing)
FDM (Fused Deposition Modeling)
GE: General Electric
HSM (High Speed Machining): Mecanizado de alta velocidad
HSS (High Speed Sintering): Sinterizado de alta velocidad
ISO (International Organization for Standardization)
JIT (Just in Time): Justo a tiempo
LC (Laser Cladding)
LENS (Laser Engineered Net Shaping)
LOM (Laminated Object Manufacturing)
MES (Manufacturing Execution Systems): Sistemas de ejecución de la fabricación
MFP: Microfábricas personalizadas
MIT (Massachusetts Institute of Technology)
MJF (Multi Jet Fusion)
MOD (Manufacturing On Demand): Fabricación a demanda
NNS (Near Net Shape)
NPJ (NanoParticle Jetting)
P2P (Peer to Peer)
PA (Polyamide)
PC-ABS (Polycarbonate - Acrylonitrile Butadiene Styrene)
PE (Polyethylene)
PEEK (Polyether ether ketone)
PET (Polyethylene terephthalate)
PJ (Polyjet)
POM (Polyoxymethylene)
PLA (Polylactic acid)
PP (Polypropylene)
PS (Polystyrene)
RM (Rapid Manufacturing): Fabricación rápida de pieza final
RP (Rapid Prototyping): Prototipado rápido
RT (Rapid Tooling): Fabricación rápida de utillajes
RTAM (Rapid Technologies and Additive Manufacturing)
SLA (Stereolithography)
SLS (Selective Laser Sintering)
SME (Society of Manufacturing Engineering)
STL (Standard Triangulation Language): Lenguaje estándar de triangulación
TAC: Tomografía Axial Computarizada
TPE (Thermoplastic Elastomer)
TPU (Thermoplastic Polyurethane)
UDM (Ultrasonic Deposition Modelling)

Bibliografía

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