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ENCONTRAR LAS GANACIAS DE LA PRODUCCION EN SERIE PARA LA FABRICACIÓN ADITIVA DE POLÍMEROS.

IDEA 1.61.

Aerosport Additive pretende aumentar su trabajo de producción en serie buscando los nichos en los que se alinean los materiales, los costes y las capacidades de la AM, desafiando la noción de que la “producción” de piezas de plástico siempre significa moldear.

 

 

 

Para que la fabricación aditiva (AM) gane trabajos de producción en serie, debe competir en costes y ofrecer calidad. Pero también debe hacerlo en los nichos adecuados. Uno de los nichos actuales de Aerosport Additive es el de las rejillas de ventilación para aviones, donde las cantidades y la complejidad de las piezas hacen que la AM sea un mejor proceso de producción que el moldeo por inyección.

“La fabricación aditiva no va a sustituir al moldeo por inyección: van a vivir en el mismo mundo”, afirma Geoff Combs, director de Aerosport Additive. La pregunta natural entonces podría ser: ¿Dónde termina la aditividad y dónde toma el relevo el moldeo por inyección (o el mecanizado, o algún otro proceso)? Pero esta pregunta no es del todo correcta porque implica que la producción siempre se trasladará a uno de estos otros procesos, una suposición que ya no es cierta dada la madurez de las tecnologías de impresión 3D. En su lugar, la pregunta correcta hoy podría ser: ¿Dónde gana la fabricación aditiva (AM) para la producción en serie?

Esta es una pregunta a la que Aerosport Additive se enfrenta casi a diario. Los trabajos que llegan gracias a las capacidades de impresión 3D de la empresa pueden ser prototipos de esta manera, pero resultan ser más adecuados para el mecanizado, la fundición de uretano o el moldeo por inyección. Mientras tanto, las piezas que el cliente imagina que se fabricarán de forma convencional pueden resultar más adecuadas para la impresión 3D, dados los volúmenes o el plazo de entrega necesarios. Y (en consonancia con la hipótesis anterior) muchas piezas que la empresa podría imprimir en 3D en un primer momento se fabricarán en mayores cantidades mediante un proceso más convencional.

“Tenemos mucho éxito en la producción de tiradas cortas y en la producción puente con la impresión 3D”, afirma Combs. En la actualidad, gran parte de esa producción abandona la AM después de una tirada impresa en 3D y se dirige al moldeo por inyección o a otro proceso para obtener mayores volúmenes. En el futuro, Aerosport espera mantener ese trabajo y sigue expandiéndose con la vista puesta en captar más producción aditiva en serie, imprimiendo trabajos recurrentes que seguirán haciéndose de forma aditiva durante mucho tiempo. Este objetivo no se conseguirá únicamente aumentando los volúmenes, sino cultivando y consiguiendo más trabajos adecuados a los procesos, materiales y capacidades de acabado que puede ofrecer este fabricante de aditivos.

Geoff Combs (derecha) me muestra la nueva ala de fabricación aditiva de Aerosport Additive. La inversión en este nuevo espacio refleja el objetivo de la empresa de captar -y mantener- más trabajo de producción en serie de AM.

De taller de modelismo a fabricante de aditivos.

Situada en Canal Winchester, Ohio, Aerosport Additive es una tienda de modelos convertida en fabricante de aditivos que sigue ofreciendo servicios relacionados con su origen, que van desde la creación de prototipos hasta el acabado a mano. Como fabricante de modelos, la empresa se conocía originalmente como Aerosport Design and Modeling; el “Additive” se incorporó en 2020 para reflejar la creciente importancia de esta parte del negocio. La fabricación aditiva de producción representa entre el 25 y el 30% de los ingresos del negocio en la actualidad, y el resto proviene de una mezcla de impresión 3D de prototipos, mecanizado CNC y fundición de uretano.

Aunque Aerosport adoptó su primera impresora 3D SLA para el modelado en 2002, la empresa no dio el salto a la impresión 3D de producción hasta 2017, con la instalación de su primer sistema Multi Jet Fusion de HP. En la actualidad, la principal capacidad de producción de AM de la empresa son sus dos máquinas MJF, además de una impresora 3D de procesamiento digital de luz (DLP) de Carima Tool y su máquina más reciente, una impresora DLP Xtreme 8K de Envisiontec. Las tres están ubicadas en el ala de fabricación aditiva de la empresa, una adición reciente al edificio que se completó en 2020, en la foto de arriba. También mantiene una sala en las instalaciones originales dedicada a la estereolitografía y a las impresoras DLP 3D, que se ve abajo.

Aerosport mantiene tres máquinas de estereolitografía Viper Si de 3D Systems para impresiones más pequeñas utilizadas para formas de fundición de uretano, prototipos y más, así como esta impresora UnionTech de gran formato para cantidades mayores o impresiones más grandes, como el patrón para un asiento de espuma que se ve aquí. Una Carbon M2 y una estación de lavado en la misma zona están destinadas a la creación de prototipos con vistas a la producción aditiva.

Sin embargo, la capacidad de impresión en 3D sólo cuenta con la mitad de la historia, si no con un poco menos. “El pos-procesamiento requiere más trabajo que la construcción de la pieza”, afirma Combs. Esta dinámica puede verse en el ala de aditivos, donde las máquinas de despolvoreo, chorreado, granallado, eliminación de resina y fusión de vapor superan en número a las impresoras 3D de producción. Una estación de teñido desarrollada por la propia empresa completa la capacidad de pos-procesamiento; incluso después de probar otras soluciones de teñido automatizadas del mercado, los empleados de Aerosport prefieren esta solución por su calidad, facilidad de uso y rapidez: sólo unos 15 minutos por ciclo.

Todas las elecciones sobre tipos de equipos y materiales se han hecho intencionadamente, con la vista puesta en satisfacer las necesidades del mercado. La impresora Carima se añadió mientras Aerosport trabajaba con Adaptive3D para probar las resinas Shore A 30, 70 y 90 de la empresa, materiales similares al caucho que Aerosport espera que abran oportunidades en casos en los que la flexibilidad es fundamental.

El nivel superior del ala de fabricación aditiva está ocupado por la máquina más reciente de Envisiontec y una impresora 3D de Carima Tool. Ambas son sistemas DLP de estilo descendente que permiten imprimir resinas elastoméricas viscosas. (Las piezas altas cerca de la parte posterior de la mesa son accesorios impresos en 3D que se utilizan para limpiar la resina no curada de las piezas mediante el honeyspinner que se ve en la presentación de diapositivas anterior).

Pero lo que no está aquí dice tanto sobre las aplicaciones de producción actuales como lo que está. Aunque se han introducido nuevas opciones de materiales para la plataforma MJF, como el TPU, el TPA y el PP, todavía no ha habido suficiente demanda para que Aerosport justifique la incorporación de estos materiales a su cartera. Lo mismo ocurre con la impresión 3D a todo color; en un momento dado parecía que sería el siguiente paso para la capacidad de AM de la empresa, pero hasta ahora, “el color no ha sido el obstáculo que pensábamos que sería”, dice Combs.

En resumen, Aerosport Additive cuenta con los conocimientos, la tecnología y los materiales de impresión 3D necesarios para fabricar piezas de producción de uso final. Tiene el equipo y los conocimientos técnicos para limpiarlas, acabarlas y teñirlas. Y para la escala y variedad de piezas que está produciendo ahora, la empresa está bien equipada para manejar las demandas de la producción de AM. Pero para captar más trabajo repetitivo y de producción en serie para su capacidad de fabricación aditiva hay otras formas en las que la empresa pretende expandirse y crecer.

Los obstáculos de la producción en serie.

En la actualidad, los retos a los que se enfrenta Aerosport Additive para conseguir trabajos de producción en serie para la AM tienen que ver principalmente con el volumen, el coste y la educación del cliente. Consideremos cada uno de ellos por separado:

1. Gestión de volúmenes crecientes.

Con el equipo y el personal de que dispone actualmente, Aerosport Additive se encuentra en un punto óptimo para la producción en serie de AM, entre 2.000 y 10.000 piezas al año. Sus impresoras Multi Jet Fusion trabajan en lotes completos sin supervisión las siete noches de la semana, además de lotes de un cuarto o medio tamaño durante el día, cuando los empleados están presentes para retirar las construcciones terminadas. Seis unidades de construcción permiten un cambio rápido entre los trabajos de impresión y una estación de pos-procesamiento ha sido hasta ahora suficiente para manejar este trabajo.

Hoy en día pueden lograrse mayores volúmenes con una cuidadosa planificación. Uno de los principales clientes de fabricación aditiva de la empresa, por ejemplo, es un fabricante de equipos industriales para el que Aerosport produce varios números de piezas. El cliente pide hasta 12.000 de una de estas piezas al año, pero en lugar de producir lotes bajo demanda, Aerosport mantiene un suministro de unos tres meses en el inventario. Con la impresión 3D, este nivel de inventario es sencillo de mantener para estas piezas, ya que son lo suficientemente pequeñas como para empaquetarlas alrededor de otras construcciones e imprimirlas continuamente cuando otras construcciones lo permitan.

Combs levanta una bolsa llena de piezas de producción para un fabricante de equipos industriales. Estas pequeñas piezas se empaquetan alrededor de otros trabajos en las impresoras MJF, lo que permite a Aerosport Additive producirlas continuamente para que el cliente disponga siempre de un suministro para 3 meses.

Pero aun así, la empresa está ahora en un punto con todo su trabajo de producción de AM que un trabajo más de producción en serie de la magnitud de este requerirá otra máquina Multi Jet Fusion, dice Combs. El edificio está preparado; hay espacio para que hasta seis de estas impresoras se extiendan en línea por el ala de AM, así que el espacio no es un problema. Sin embargo, lo que sí puede serlo es ampliar las necesidades de pos-procesamiento y de los empleados en función de esta capacidad añadida. Sin embargo, añadir equipos será un paso necesario para apoyar una mayor escala, incluso a medida que la tecnología de impresión 3D avance más en su productividad.

Una yuxtaposición de producción AM: Aunque la etapa de impresión 3D es un proceso digital y en gran medida automatizado, las piezas suelen requerir muchos más retoques una vez que salen de la impresora.

2. Competir en costes.

“La principal lucha que tenemos es el coste”, dice Combs. Por ahora, las cantidades superiores a 30.000 piezas suelen ser demasiado caras para producirlas mediante impresión 3D, por lo que Aerosport se centra en volúmenes más pequeños. A esta escala, pasar una pieza destinada al moldeo por inyección a la AM puede ser a menudo rentable sólo por el hecho de evitar el utillaje, pero el cálculo de costes tiene que tener en cuenta todas las piezas del proceso. Por ejemplo: La aditivación puede hacer posible la entrega de lo que de otro modo sería un complejo conjunto de piezas moldeadas como una sola pieza, pero el acabado de la superficie impresa no será tan suave. Si hay que limpiar la superficie, darle un acabado de vapor y pintarla para cumplir los requisitos del cliente, la fabricación aditiva puede resultar más complicada y costosa que el moldeo por inyección convencional, que podría producir el acabado superficial deseado al mismo tiempo que la geometría de la pieza.

Parte de la estrategia de Aerosport Additive para reducir el coste de sus series de producción impresas en 3D consiste en planificar construcciones que incluyan una variedad de piezas, por ejemplo, empaquetando piezas pequeñas para trabajos en curso como “rellenos” alrededor de otras piezas más grandes. Cuanto más denso sea el volumen de fabricación, menor será el coste de todas las piezas del lote. Un volumen de construcción más denso también contribuye a mejorar la calidad de la impresión, ya que las propiedades térmicas son más uniformes en toda la envoltura, lo que supone una ventaja tanto para el fabricante como para el cliente final.

Pero, de nuevo, la manipulación de las construcciones individuales sólo puede servir para captar nuevos trabajos de producción en serie para los aditivos. A largo plazo, la AM tendrá que ganar proporcionando más complejidad -y, por tanto, más valor- al cliente, sin introducir trabajo o costes adicionales. Los componentes para el proveedor de equipos industriales, por ejemplo, contienen varios rebajes que habrían sido complicados de moldear, pero que no añaden ninguna dificultad a la impresión. Las piezas consolidadas que reducen el ensamblaje sin añadir otros pasos al proceso de fabricación son otro posible triunfo; Aerosport Additive también produce una válvula de aire con compuertas móviles que puede imprimirse en una sola pieza, sustituyendo un conjunto de aluminio remachado.

Las piezas pequeñas como ésta pueden colocarse alrededor de otras más grandes dentro de una construcción MJF, reduciendo el precio por pieza en todo el lote y contribuyendo a un comportamiento térmico más consistente a lo largo de la impresión. Esta pieza fue granallada y teñida con el sistema de teñido propio de Aerosport.

Este conjunto de ventilación se construía anteriormente remachando componentes de aluminio, lo que daba lugar a válvulas que no sellaban completamente contra las paredes interiores de los tubos. La impresión en 3D permite imprimir este conjunto de una sola vez y ofrece la posibilidad de añadir un borde en el interior de cada tubo para evitar fugas.

“Cuando la impresión 3D puede consolidar muchas piezas en una sola, es cuando realmente brilla”, dice Combs. “Los clientes ven que puedes construir cosas que no puedes construir en una herramienta de molde normal”.

3. Educar a los clientes.

Enseñar a los clientes y a los potenciales clientes sobre la fabricación aditiva es quizás el reto más difícil y a largo plazo al que se enfrenta Aerosport Additive. En un caso, llegó una petición de oferta para un montaje de automóvil que podría haberse hecho fácilmente de forma aditiva, excepto por el material. Aerosport recomendó la fusión por chorro múltiple con uno de los nylons disponibles para esta plataforma como alternativa que cumpliría los requisitos de la aplicación, pero el cliente insistió en el ABS. Al final, Aerosport mecanizó las piezas a partir de stock de ABS. A pesar de los recientes avances de la tecnología y de la introducción de materiales listos para la producción, los aditivos siguen enfrentándose al escepticismo en comparación con los procesos y materiales a los que están acostumbrados los compradores.

“La suposición de que el moldeo por inyección es “de producción” ha sido difícil de superar”, afirma Combs. En estos casos, la creación de prototipos mediante impresión 3D puede ser una vía para convencer a los clientes potenciales de sus capacidades; un prototipo satisfactorio puede pasar directamente a la producción en la misma impresora y en el mismo material, sin los retrasos y los costes asociados al utillaje.

La persona adecuada en el momento adecuado.

Aerosport Additive no tiene por qué superar todos estos obstáculos en solitario. Los avances de la industria en la productividad de las impresoras y la selección de materiales ayudarán a alcanzar mayores volúmenes y a reducir los costes. La empresa tiene previsto añadir pronto una segunda impresora Envisiontec para dar soporte a más aplicaciones del material flexible ToughRubber de Adaptive3D (ambos proveedores forman ahora parte de Desktop Metal); estas impresoras aportarán un mayor rendimiento para las piezas DLP que puede ayudar a avanzar en la escala de estas aplicaciones. Además, el conocimiento de los clientes sobre la fabricación aditiva es cada vez mayor, lo que puede contribuir a que se realicen más trabajos de producción adaptados a este proceso.

La clave ahora es encontrar los nichos en los que esta opción de producción tiene sentido, y el descubrimiento sigue implicando cierto elemento de suerte. “Conseguir el encaje adecuado es el mayor reto”, dice Combs. “Hay que hablar con la persona adecuada en el momento adecuado”.

Artículo original disponible en: AMADDITIVE.

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