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  • AGENCIA DE DESARROLLO ECONMICODE LA RIOJAAGENCIA DE INVERSIONES Y SERVICIOSDE LA JUNTA DE CASTILLA Y LENAGENCIA NAVARRA DE INNOVACIN YTECNOLOGAALMA CONSULTING GROUPALMIRALLAPPLUS+ASESORA I+D+IATOS ORIGIN ESPAAAYUNTAMIENTO DE GIJNAYUNTAMIENTO DE VALENCIABBVACAJA DE AHORROS Y PENSIONES DEBARCELONA (LA CAIXA)CMARA DE COMERCIO E INDUSTRIA DEMADRIDCIDEMCLARKE, MODET & CCONSEJERA DE EDUCACIN Y CIENCIADE LA JUNTA DE CASTILLA-LA MANCHACONSEJERA DE INNOVACIN, CIENCIA YEMPRESA DE LA JUNTA DE ANDALUCACORPORACIN MONDRAGONCORPORACIN TECNOLGICA DEANDALUCACRISADELOITTEDEPARTAMENTO DE CIENCIA,TECNOLOGA Y UNIVERSIDAD DELGOBIERNO DE ARAGNDIRECCIN GENERAL DEINVESTIGACIN, DESARROLLO EINNOVACIN DE LA XUNTA DE GALICIADIRECCIN GENERAL DEUNIVERSIDADES E INVESTIGACIN DE LACONSEJERA DE EDUCACIN DE LACOMUNIDAD DE MADRIDENDESAENRESAESTEVEEUROCONTROLEUSKALTEL

    EVERISFUNDACIN ACSFUNDACIN BARRI DE LA MAZAFUNDACIN FOCUS-ABENGOAFUNDACIN IBITFUNDACIN LILLYFUNDACIN RAMN ARECESFUNDACIN UNIVERSIDAD-EMPRESAFUNDACIN VODAFONEFUNDECYT GAS NATURAL FENOSAGMEZ-ACEBO & POMBO ABOGADOSGOOGLE ESPAAGRUPO MRSGRUPO PRISAGRUPO SPRIHC ENERGAHISPASATIBERDROLAIBMIMADEIMPIVAIMPULSOINDRAINSTITUTO DE DESARROLLO ECONMICO DEL PRINCIPADO DEASTURIASINSTITUTO DE FOMENTO DE LA REGINDE MURCIAINSTITUTO TECNOLGICO DE CANARIAS, S. A.LA SEDA DE BARCELONALECHE PASCUALMERCADONAMIER COMUNICACIONESOHLPATENTES TALGOPRICEWATERHOUSECOOPERSREPSOL YPFSADIELSOLUTEXTALNCIA CATALUNYA RECERCATELEFNICAVICINAY CADENASZELTIA

    COTEC es una fundacin de origen empresarial que tiene como misin contribuir al desarrollo del pas mediante el fomento de la innovacin tecnolgica en la empresa y en la sociedad espaolas.

    CotecFundacin Cotecpara la Innovacin TecnolgicaPza. Marqus de Salamanca 11, 2. izqda.28006 MadridTelf.: (34) 91 436 47 74Fax: (34) 91 431 12 39http://www.cotec.es

    30Fabricacin aditiva

    FUNDACIN COTEC PARA LA INNOVACIN TECNOLGICA

    DOCUMENTOS COTEC SOBRE OPORTUNIDADES TECNOLGICAS

    9 7 8 8 4 9 2 9 3 3 1 5 0

    ISBN 987-84-92933-15-0

  • 30Fabricacin aditiva

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    DOCUMENTOS COTEC SOBRE OPORTUNIDADES TECNOLGICAS

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    DOCUMENTOS COTEC SOBRE OPORTUNIDADES TECNOLGICAS

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    DOCUMENTOS COTEC SOBRE OPORTUNIDADES TECNOLGICAS

  • Primera edicin:Octubre de 2011

    Depsito legal: M. 37.432-2011ISBN: 978-84-92933-15-0

    Imprime:Grficas Arias Montano, S. A.

  • Presentacin ............................................................ 9

    1 Introduccin ........................................................ 131.1 Un breve vistazo atrs: la industrializacin y

    el desarrollo econmico ............................ 141.2 La fbrica en la era digital ........................ 151.3 Fabricacin de slidos por adicin de capas

    de material .............................................. 17

    2 Ventajas y retos de futuro del AM ...................... 212.1 Ventajas asociadas a los productos que hay

    que fabricar ............................................. 232.2 Ventajas asociadas a los procesos de ejecu-

    cin ........................................................ 292.3 Limitaciones y retos de futuro ..................... 312.4 El valor frente al coste de la tecnologa ....... 40

    3 Sectores de aplicacin ....................................... 473.1 Sector mdico .......................................... 473.2 Sector aeronutico .................................... 553.3 Sector automocin .................................... 603.4 Sector del molde y matricera .................... 613.5 Sectores intensivos en diseo: joyera, arte,

    textil y mobiliario ...................................... 643.6 Industria manufacturera en general ............. 673.7 Nuevos sectores econmicos ...................... 70

    4 Relevancia mundial del AM ............................... 77

    5 Relacin de prestadores de servicios ................... 815.1 Centros tecnolgicos y universidades .......... 815.2 Proveedores de maquinaria ....................... 835.3 Proveedores de servicios ........................... 84

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    NDICE

  • 6 Conclusiones .................................................... 85

    7 Enlaces de inters ............................................. 877.1 Pginas en la red ..................................... 877.2 Publicaciones ........................................... 87

    8 Glosario de trminos ......................................... 89

    Anexo 1: Integracin del AM con procesos convencio-nales de fabricacin .............................. 91

    Anexo 2: Cadena de operaciones en los procesos de AM ...................................................... 101

    Anexo 3: Descripcin de tecnologas de AM ........... 107

    Anexo 4: La importancia del diseo en el AM ......... 129

    Anexo 5: Materiales, software y normalizacin en AM ...................................................... 137

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  • Una de las actividades permanentes de Cotec es mostrar y difundir oportunidades tecnolgicas que permitan al tejido empresarial y social espaol incrementar su capital tcnico, su capacidad innovadora y su competitividad.

    Los Documentos Cotec sobre Oportunidades Tecnolgicas conforman una coleccin orientada a cumplir con el objeti-vo estratgico de contribuir a incrementar la actitud innova-dora, tanto en los mbitos empresarial y acadmico como en la sociedad en general. Estos documentos se editan despus de un proceso de debate sobre un borrador muy elaborado, que tiene lugar en sesiones con expertos en las reas de la tecnologa o grupo de tecnologas implicadas en o prximas al tema del documento en cuestin. El obje-tivo de estos debates es complementar y enriquecer la visin de los coordinadores del documento con la de esos expertos externos, contribuyendo a mejorar el documento final.

    Desde Cotec se ha elegido para este documento el tema de las tecnologas de fabricacin aditiva, que se encuentran en los inicios de un proceso de expansin horizontal como modalidades de la fabricacin avanzada, cuya aplicacin puede contribuir con grandes ventajas competitivas. Son muy diversas las tecnologas que permiten fabricar piezas

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    prEsENtaCIN

  • por este principio, constituyendo as una nueva revolucin en la industria.

    En este documento se recogen los aspectos ms destaca-bles de las tecnologas de fabricacin aditiva y se explican los conceptos fundamentales para su comprensin. Se des-criben los beneficios que tienen sobre los procesos conven-cionales de fabricacin, y se discuten los retos que an se deben superar para conseguir aplicarlas de forma exitosa en una gran variedad de sectores.

    La sesin de debate de este documento tuvo lugar el da 3 de febrero de 2011 en la sede de Cotec en Madrid, y cont con la colaboracin de un equipo de expertos empre-sariales e investigadores coordinados por Jess Fernndez, igo Felgueroso y Carlos Garca Pando, de la Fundacin Prodintec, que prepararon y coordinaron el material de esta publicacin. La Fundacin Cotec quiere expresar su agradecimiento a todos los que contribuyeron a hacer posi-ble este documento, especialmente a los coordinadores de la Fundacin Prodintec.

    Cotec, 2011

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    Participantes en la sesin Cotec sobre fabricacin aditiva

    Expertos participantes

    Pascal Antoine IMVOLCAJos Ramn Blasco AIMMECsar Carrin AIJUJoaquim de Ciurana Gay Universidad de GironaFelipe Esteve Or ASERM (Asociacin Espaola

    de RM)Juan Alberto Favaro ESDi-AdiFadMag Galindo Centro Tecnolgico LEITATBerta Gonzalvo Fundacin AITIIPManuel Gonzlez SOCINSERJos Greses EOS GMBH Electro Optical

    SystemJos Antonio Jaldo Hoffmann Innovation Iberica Vctor Paluze vila RMS Rapid Manufacturing

    SystemsJavier Pea Andrs ELISAVAXavier Plant ASCAMMLuis Portols AIMMEEmilio Ramiro RamenGuillermo Reyes IQS Instituto Qumico de

    SarriRamn Rubio Garca Universidad de Oviedo

    Expertos coordinadores

    Jess Fernndez Fundacin Prodintecigo Felgueroso Fundacin ProdintecCarlos Garca Pando Fundacin Prodintec

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    La Fabricacin Aditiva o Additive Manufacturing (AM), como se conoce internacionalmente, consiste bsicamente en manipular material a escala micromtrica y depositarlo de forma muy precisa para construir un slido.Aunque novedosas, son muy diversas las tecnologas que permiten fabricar piezas por este principio, lo que supo-ne una nueva revolucin industrial. La posibilidad de prescindir de utillajes, de reproducir cualquier geometra que el ser humano pueda imaginar (y dibujar), la inme-diatez en la respuesta a la demanda cambiante del con-sumidor, y otra serie de ventajas que se explican ms adelante, hacen del AM una autntica pieza angular del futuro industrial en los pases ms desarrollados del pla-neta.En este documento se recogen los aspectos ms destaca-bles del AM, se explican los conceptos fundamentales para entender esta tecnologa, se describen las ventajas frente a procesos convencionales de fabricacin y tambin los re-tos que an debe superar para conseguir su aplicacin exitosa en mltiples sectores. Para entender la verdadera magnitud de esta nueva re-volucin, es conveniente recordar el importante papel de la industria en el desarrollo econmico mundial, y repasar conceptos como el de la era digital contempor-nea.

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    INtrODUCCIN

  • 1.1 Un breve viStazo atrS: la indUStrializaCin y el deSarrollo eConmiCo

    Desde la antigedad el avance en las condiciones de vida de la humanidad ha estado directamente ligado a la capa-cidad para adaptar las riquezas naturales del entorno (ma-terias primas) y convertirlas en productos elaborados (teji-dos, calzado, herramientas, armas, alimentos) mediante el consumo de energa, buenas ideas y destreza tcnica. No obstante, hasta bien entrado el siglo xviii, el disfrute de estos productos estaba muy limitado a los estratos ms pu-dientes de la sociedad, por ser fruto de trabajo artesano, muy personalizado y de escasa capacidad de produccin; es decir, eran muy caros. Fue en ese momento cuando una serie de avances tecnolgicos (el ms conocido tal vez sea la mquina de vapor) fueron aplicados como mtodos de fabricacin. De esta manera se consigui reducir los cos-tes y se habilit la produccin masiva de productos en una cantidad que podan llegar a cubrir las demandas de un mercado mucho mayor. En esta etapa nace la industriali-zacin que ha venido desempeando un papel crucial en la economa en los ltimos doscientos aos, constituyendo el principal motor de generacin de valor aadido, y un elemento clave de la modernizacin y del aumento del ni-vel de vida.El pas pionero en este proceso de industrializacin fue Inglaterra, que aplicando las innovaciones en maquinaria se convirti en la primera potencia econmica del momen-to. A Inglaterra le sucedieron los Estados Unidos de Am-rica en esta posicin de liderazgo, ya que fue all donde se desarrollaron avances en campos como la energa elc-trica o la produccin en cadena. Los desarrollos tecnolgi-cos crearon nuevos negocios (surgen entonces empresas como GE, Ford y OTIS), adems de autnticas revolucio-nes en la sociedad y en la forma de vivir en general, como el fluido elctrico, los automviles o la edificacin vertical.

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  • Posteriormente, en los aos cincuenta, la capacidad de Japn para recuperar su industria y su particular mtodo de organizacin de la produccin (conocido en Occidente como Lean Manufacturing), cuyo paradigma encarna la empresa Toyota, situ a la economa nipona entre las pri-meras del mundo. Finalmente, en los ltimos veinte aos se asiste al nacimiento de China como potencia econmi-ca, con crecimiento estrechamente ligado a su capacidad manufacturera, que la ha convertido en la fbrica del mundo.Todo este proceso de industrializacin es el que ha esta-blecido (si no en todo, al menos en gran parte) el ranking contemporneo de mayores potencias econmicas. Pero hoy en da la industrializacin es condicin necesaria, pero no suficiente, para alcanzar crecientes niveles de ri-queza y desarrollo de un pas. Hace falta un potente sec-tor servicios, que no es sustituto del industrial, sino que se apoya en l y lo complementa. La cuestin es que no toda la industria genera el mismo valor. Hay pases con una industria muy productiva, que genera un sector terciario muy potente y que es capaz de crear riqueza muy alta por habitante, mientras que otro tipo de industria no acta de la misma manera. Este es un tema de mxima trascenden-cia hoy en da en Europa, donde existe una gran preocu-pacin por la creciente deslocalizacin de las fbricas. Si este fenmeno no se controla, se podra causar un grave dao al empleo (y en consecuencia al nivel de vida) que en un cuarto del total depende directamente de la industria y en un 75 % de forma indirecta, pues el sector servicios vive en gran medida de sus clientes industriales.

    1.2 la fbriCa en la era digital

    En las tres ltimas dcadas se est asistiendo a una transi-cin hacia lo digital en distintos mbitos de la vida, tanto personal como profesional. Existen multitud de ejemplos

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  • que hablan por s solos de este vertiginoso cambio: las oficinas tcnicas han pasado de los planos de papel dibu-jados a mano a ficheros paramtricos, primero en dos di-mensiones (sistemas de dibujo asistido CAD 2D) y luego en tres dimensiones (sistemas de dibujo asistido CAD 3D); en las comunicaciones, del envo de correo postal a la aparicin primero del fax y luego del correo electrnico; en el ocio, de la televisin en dos canales en blanco y negro a la infinita oferta de TDT, o el cambio de la baraja de cartas por el videojuego de realidad aumentada; en el mundo de la salud, de la radiografa RX a la resonancia magntica, TAC (Tomografa Axial Computarizada), o Eco-grafa Doppler 3D.Las fbricas no son ajenas a este fenmeno. Ya se han mencionado los sistemas de Diseo Asistido por Computa-dor (CAD), que afectan a la concepcin del producto en las oficinas tcnicas, pero tambin son bien conocidos los software de Fabricacin Asistida por Computador (CAM) o para la asistencia a la ingeniera (CAE), el empleo de autmatas y robots en planta, la inspeccin por visin arti-ficial, el control del avance de la produccin en tiempo real (MES), o incluso la modelizacin y recreacin virtual de procesos y fbricas enteras con software de simulacin (CAPE).Los avances de la ciberntica permiten procesar a gran velocidad ingentes cantidades de datos y manejar siste-mas mecnicos, superando los lmites conocidos de fiabili-dad y precisin. No obstante, los procesos de fabricacin de piezas, aunque asistidos por controles ms avanzados, siguen siendo bsicamente los mismos: arranque de viruta, conformado en fro o en caliente, fundicin o inyeccin (anexo 1). Todos ellos se enfrentan a limitaciones, ya no de control, sino fsicas, como la imposibilidad de realizar taladros curvos, las colisiones de herramientas con la pie-za de geometra compleja, las restricciones de ngulos de desmoldeo, por poner algunos ejemplos. Estas limitaciones bloquean la creatividad y constituyen una barrera, a veces

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    infranqueable, al desarrollo de nuevos productos de alto valor aadido o con nuevas funcionalidades.

    1.3 fabriCaCin de SlidoS Por adiCin de CaPaS de material

    En el ltimo cuarto del siglo xx surgen las tecnologas AM, que se aprovechan de todo este conocimiento desarrollado en la era digital, y que pueden superar las limitaciones antes descritas. En esencia, suponen un giro copernicano respecto a los procesos de construccin de piezas emplea-dos hasta ese momento, ya que se pasa a fabricar por deposicin controlada de material, capa a capa, aportan-do exclusivamente all donde es necesario, hasta conseguir la geometra final que se persigue, en lugar de arrancar material (mecanizado, troquelado) (ilustracin 1), o con-formar con ayuda de utillajes y moldes (fundicin, inyec-cin, plegado).De esta manera, se pueden clasificar los procesos de fabri-cacin de piezas de la siguiente forma:

    Tecnologas conformativas: Utilizan preformas para obte-ner la geometra requerida (inyeccin plstico y meta-les, PIM, sinterizado, colada la vaco, RIM, electrofor-ming).

    Tecnologas sustractivas: Obtienen la geometra requeri-da sustrayendo material de una geometra mayor (me-canizado, electroerosin, corte por agua, corte por l-ser).

    Tecnologas aditivas (AM): Obtienen la geometra aa-diendo material a partir de geometra virtual, sin uso de preformas (conformativas) y sin sustraer material (sus-tractivas). Estas ltimas tecnologas sern el objeto de este documento.

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    Ilustracin 1: Concepto de fabricacin sustractiva

    comparado con AM

    Son muy diversas las tcnicas de aplicacin de AM (como la estereolitografa o el sinterizado selectivo, descritas am-pliamente en el anexo 2) que permiten obtener piezas di-rectamente de un archivo CAD 3D, imprimindolas de forma totalmente controlada sobre una superficie. Por ello tambin se han empleado otros trminos para referirse a ellas como e-manufacturing (fabricacin electrnica), Di-rect Manufacturing (fabricacin directa) o Additive Layer Manufacturing-ALM (fabricacin aditiva por capas). Prcticamente en desuso est la taxonoma, que atiende al destino final de la pieza fabricada, y que en origen serva para distinguir tecnologas de bajo nivel (prototipado) o de alto nivel (manufacturing):

    Tecnologa de prototipado rpido o Rapid Prototyping (RP), si lo que se pretende fabricar es un prototipo, es decir una pieza que sirve para validar o verificar un nuevo diseo, que posteriormente se llevar a produccin, probablemen-te, con tecnologa no aditiva (inyeccin, mecanizado).

    Tecnologa de fabricacin directa o Rapid Manufacturing (RM), cuando se consigue la pieza final y el producto es, por lo tanto, plenamente funcional.

    En realidad, dependiendo del uso y requerimientos finales de la pieza a fabricar, o de su cantidad, por citar algunos fac-

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    tores, debe ser el usuario quien decida emplear una tecnolo-ga aditiva para el prototipado rpido o para la fabrica-cin final del producto. No obstante, es cierto que el trmino Rapid Prototyping (RP) es el ms antiguo, y que muchas tec-nologas, inicialmente concebidas para hacer prototipos, han evolucionado hacia tcnicas de fabricacin de productos ple-namente funcionales, gracias sobre todo al desarrollo de nue-vos materiales de caractersticas mejoradas. Adems, el calificativo Rapid se ha replicado en otros tr-minos como Rapid Tooling, Rapid Casting y Rapid Manufac-turing para nombrar las sucesivas aplicaciones de la fabri-cacin aditiva a medida que iban apareciendo. Existen, sin embargo, otras tecnologas de fabricacin r-pida de slidos, que no estn incluidas en el concepto de AM y no son objeto de estudio en este documento, como el mecanizado en alta velocidad (HSM -High Speed Machi-ning) o deformacin incremental de chapa (Dieless For-ming), por poner unos ejemplos (ilustracin 2).

    TECNOLOGAS RPIDAS

    VARIAS

    Conformado incremental Lecho completo en polvo

    Sintetizado lser o EBM

    Sintetizado trmico polmeros

    Impresoras 3D

    Lecho completo lquido

    Estereolitografa

    Inyeccin

    Filamento plstico FDM

    Gotas (Polyjet y otros)

    Boquilla

    Laser Cladding

    Mecanizado alta velocidad

    Inyeccin baja presin

    Colada al vaco,...

    Lminas - contorneado

    ADITIVAS

    Ilustracin 2: Esquema de tecnologas rpidas de fabricacin,

    clasificadas como aditivas y no aditivas

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    Con sus diferentes denominaciones, tipos y tcnicas (ane-xo 3), las tecnologas AM, hoy en da, an no se han im-plantado de una forma extensa en la industria, en parte porque se deben resolver algunas limitaciones del propio proceso, as como de elementos perifricos al mismo, pero tambin porque es bastante desconocida por los potencia-les usuarios, que no son conscientes de las enormes venta-jas que puede aportar frente a otros procesos, en muchos nichos de mercado. Muchos de ellos se describen en el siguiente apartado.

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    Las principales caractersticas que distinguen el proceso de fa-bricacin de slidos por adicin de capas de material (AM) de cualquier otro proceso de fabricacin industrial y que, como se ver posteriormente, le confieren enormes ventajas competitivas, se pueden resumir en dos y son las siguientes:

    La complejidad geomtrica que se debe conseguir no enca-rece el proceso: Caractersticas como la esbeltez, un vacia-do interior, canales internos, los espesores variables, las formas irregulares e incluso la reproduccin de la naturale-za (persiguiendo ergonoma, aerodinmica, hidrodinmi-ca, entre otros) son retos que los mtodos convencionales (sustractivos y conformativos) de fabricacin de piezas no han resuelto ms que con aproximaciones, ensamblajes o por medio de procesos de muy alto coste, y que para el AM son, en muchas ocasiones, propiedades muy poco re-levantes a la hora de fabricar una pieza.

    Ilustracin 3: Cortesa de Moldkar y Axis. Diseo KX onfirmat y CloneNature

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    2VENtaJas Y rEtOs DE FUtUrO DEL aM

  • La personalizacin no encarece el proceso: AM permite fa-bricar productos, sin penalizar el coste, independiente de si se tiene que fabricar un determinado nmero de piezas iguales o todas distintas, lo que facilita la personalizacin, que es una de las principales tendencias actuales en el desarrollo de productos de alto valor aadido; la persona-lizacin en masa es uno de los paradigmas que persigue la industria en pases desarrollados y que se considera clave para su sostenibilidad.

    Ilustracin 4: Fabricacin personalizada de implantes dentales. Cortesa de EOS GmbH

    Estas dos caractersticas se pueden traducir en ventajas en muchos sectores industriales, que hacen que el AM sea el proceso ms competitivo para la fabricacin de piezas en muchas aplicaciones. De hecho, permite mate-rializar ejecuciones que son simplemente imposibles me-diante cualquier tecnologa de fabricacin (sustractiva o onfirmativa) en diversas fases de la cadena de valor in-dustrial:

    Desarrollodenuevosproductos (modelosconceptuales,prototipos).

    Obtencin de tiles, patrones,moldesen el procesode industrializacin y pre/series.

    Produccindeproductosfinales.

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  • 2.1 ventajaS aSoCiadaS a loS ProdUCtoS qUe hay qUe fabriCar

    Productos que requieren de una gran complejidad de forma: Paradjicamente, mientras una geometra com-pleja suele suponer un aumento del coste si se siguen procesos convencionales (sustractivos o conformativos), cuando se aplica AM puede suponer incluso un abara-tamiento o simplificacin. Por ejemplo, en el caso de la Ilustracin 5, es mucho ms barato acometer el diseo con la compleja escalera helicoidal interior y el detalle de sillera en la superficie de la torre, que ejecutar una forma simplificada, maciza interiormente y lisa en el ex-terior.

    Ilustracin 5: Geometra interna compleja en la escalera helicoidal interna de una torre del tamao de una moneda

    Estas nuevas capacidades de ejecucin geomtrica ha-bilitan un diseo que pueda jugar con distintas composi-ciones tridimensionales del material, a la hora de conce-

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  • bir un producto y no slo por una cuestin esttica, sino que a veces permite actuar sobre propiedades qumicas, mecnicas o elctricas y adaptar un comportamiento a las necesidades estrictamente necesarias y requeridas en cada caso (resistencia, capilaridad, aerodinmica, conductividad). Estas posibilidades suponen un cambio radical en el proceso de diseo de los productos y per-miten gran libertad creativa, as como la rplica exacta de modelos tericos de ingeniera (anlisis con elemen-tos finitos, por ejemplo), sin las aproximaciones (ms o menos ajustadas) que imponen los mtodos sustractivos o conformativos. Esas limitaciones que se solan expre-sar con el papel lo aguanta todo se superan, gracias al AM, y se pasa a sentenciar de manera muy genrica que si lo puedes dibujar, se puede fabricar, siempre que las dimensiones de la pieza encajen en la mquina a emplear.Un ejemplo especialmente singular de geometra comple-ja es el de los fractales, trmino acuado por Benot Man-delbrot para definir formas basadas en modelos matem-ticos cuyas principales caractersticas son la auto-similitud y la dimensin fractal. Este tipo de estructuras se encuen-tran habitualmente en la naturaleza, donde los fractales permiten minimizar el uso de materiales y optimizar la funcionalidad, por lo que son la base del crecimiento de muchos sistemas biolgicos. El ser humano hasta la actua-lidad no ha conseguido poder replicar estas complejas formas, por lo que han pasado prcticamente desaperci-bidas a la hora de buscar aplicaciones prcticas para ellas. El diseo de productos basado en la naturaleza, aprovechando las posibilidades que ahora ofrecen las tecnologas de AM (espesores de pared variables, por ejemplo), supone un campo muy prometedor an por ex-plorar.

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    Ilustracin 6: Estructuras fractales tipo rbol fabricadas en poliamida. Cortesa Fundacin Prodintec

    Un caso curioso de rplica precisa de formas complejas que se encuentran en la naturaleza, el proyecto de investigacin TERMES (Termite Emulation of Regulatory Mound Environ-ments by Simulation) (www.sandkings.co.uk) ha realizado un estudio sobre la construccin de los termiteros, con el objeto de conocer sus mecanismos y estudiar las posibles aplicacio-nes futuras de estas complejas estructuras fabricadas por las termitas, en el mbito de la construccin para viviendas.Los termiteros en el frica Subsahariana tienen un compor-tamiento excepcional a la hora de regular y controlar la temperatura interna, como si se tratara de una estructura inteligente capaz de mantener unos determinados nive-les de confort. Se estudian los sofisticados sistemas de ven-tilacin que estas construcciones emplean y que hasta aho-ra no haba sido posible visualizar, por medio de tecnolo-gas de escaneado, y posteriormente se procesan por or-denador los datos para reconstruir y simular en detalle el termitero, aplicando tcnicas de AM.

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    Productos aligerados: La complejidad geomtrica tiene una aplicacin especialmente destacable en la reduccin del peso de un objeto, por medio de estructuras internas huecas o jugando con la densidad de los materiales, por ejemplo. Tcnicas conformativas como la fabricacin por moldeo per-miten obtener productos huecos, pero siempre con las limita-ciones que impone el desmoldeo (extraer la pieza del mol-de, una vez solidificada), que en ocasiones impide obtener la pieza deseada o exige sofisticar el utillaje de forma que lo hace inviable tcnica o econmicamente. Otra solucin por la que se puede optar, empleando mtodos convencio-nales, es descomponer en varias piezas un objeto, pero eso requiere trabajos adicionales de ensamblaje y aade dificul-tades (falta de ajuste, por ejemplo) que pueden ser tambin muy limitantes. Las tcnicas de AM superan todas estas res-tricciones y pueden llegar incluso a materializar gradientes de porosidad en un mismo material, aligerando solo aque-llas partes del producto que el diseador estima que estarn menos solicitadas. De nuevo se abren posibilidades nunca antes soadas para concebir nuevas ideas y soluciones.

    Ilustracin 7: Estructura compleja interna en silla Osteon: Diseo y fotos cortesa de Assa Ashuach Studio, patrocinado por EOS GmbH y Complex Matters

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    Productos multimaterial: En algunas tecnologas de AM, como es el caso de Objet, adems de jugar con la po-rosidad de un mismo material, como se ha explicado, el AM puede fabricar aportando simultneamente varios materiales en un mismo slido, para as seguir superan-do limitaciones actuales en la relacin peso/resistencia mecnica o aportando funcionalidades nuevas o abara-tando costes. Es cierto que tambin existen tcnicas con-formativas de sobre/moldeo, que pueden unir varios materiales en una misma pieza, pero la distribucin mul-timaterial en todo el volumen es mucho ms limitada, y las zonas de interconexin suelen ser conflictivas por el distinto comportamiento (mecnico, trmico, dilata-cin) de ambos materiales.

    Ilustracin 8: Ejemplo de pieza fabricada de una vez con una combinacin de materiales con tecnologa Objet

    Productos ergonmicos: Otra gran ventaja de la absolu-ta libertad geomtrica que confiere el AM a sus produc-tos es la adaptacin de las formas a la biomecnica humana, de manera que los diseos alcancen una mejor interaccin con el usuario sin necesariamente afectar los

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    costes de fabricacin. Adems, por la caracterstica pre-viamente citada de la personalizacin, esa ergonoma en el diseo puede adaptarse no solo a unas tallas es-tndar, sino exactamente a las particularidades antropo-mtricas de cada individuo.

    Mecanismos integrados en una misma pieza: Al poder integrar distintas geometras y materiales en un mismo slido, el AM puede conseguir incluso que simultnea-mente se fabrique un eje y su cojinete, un rodamiento, un muelle y su soporte, un tornillo sinfn y su corona; en definitiva, un mecanismo totalmente embebido en la pie-za en la que debe trabajar, sin necesidad de armados y ajustes posteriores. Esta particularidad no se da en todas las tecnologas de AM y principalmente se puede conseguir en aquellas que no necesitan soporte para su fabricacin.

    Ilustracin 9: Ejemplo de integracin de funciones en una sola pieza. Pinza para brazo robotizado. Fuente Fraunhofer IPA y

    EOS GmbH

    Accesoanuevos nichos de mercado: El avance de las tcnicas de AM, cada vez ms sofisticadas y precisas, unido a la imaginacin de los diseadores, ha permiti-do ir descubriendo (y ms an lo har en el futuro) ya no solo nuevas soluciones a productos actuales, sino aplicaciones radicalmente nuevas e incluso modelos de

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    negocio basados en estas tecnologas. Ejemplos desta-cables son la aparicin de nuevos tejidos metlicos, un producto bidimensional, fruto de una tcnica de fabrica-cin tridimensional, o la produccin controlada y perso-nalizada de texturas, caracterstica hasta ahora muy dependiente del proceso de fabricacin (acabado del molde, tamao de la herramienta...).

    Ilustracin 10: Nuevas funcionalidades. Producto Neck Lace,

    diseo OOMS (www.ooms.nl)

    2.2 ventajaS aSoCiadaS a loS ProCeSoS de ejeCUCin

    Reduccindeltime to market de nuevos diseos: La apli-cacin de AM a la produccin rpida de prototipos ha permitido, ya hace aos, reducir los errores de comuni-cacin entre los distintos participantes en un nuevo dise-o y acelerar su salida al mercado, as como reducir el riesgo de fracaso, aun cuando la fabricacin en serie se ha seguido haciendo por mtodos convencionales. Si se da un paso ms, y se puede disponer de una tcnica de fabricacin para materializar el producto final, ya no como prototipo intermedio, se pueden reducir drstica-mente muchas de las fases actuales de lanzamiento y validacin, as como flexibilizar su adaptacin a las continuas demandas en cambio constante de dicho mer-cado.

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    Productosconseries cortas: La fabricacin permite redu-cir los lotes de fabricacin, llegando incluso a la serie unitaria, sin apenas costes extras de fabricacin, al prescindir de utillaje, lo que supone una ventaja absolu-ta respecto a mtodos de fabricacin sustractivos y/o conformativos. As, la implantacin de Lean Manufactu-ring, desarrollada por Toyota a mediados del siglo xx, lo facilita enormemente, permitiendo ganar en productivi-dad global de la planta, gracias a la reduccin drstica de inventarios, de operaciones sin valor aadido y de una logstica interna simplificada.

    Reduce errores de montaje y por lo tanto los costes aso-ciados a ellos: La integracin de componentes puede permitir la fabricacin de una sola vez del producto acabado, evitando procesos de ensamblaje de compo-nentes, reduciendo adems posibles errores durante el ciclo completo de produccin (control de inventarios, procesos intermedios de inspeccin, manipulaciones).

    Reduccin de costes de inversin en utillaje: La posibili-dad de implementar un modelo de negocio donde el producto no est ligado a utillajes supone no solo gran flexibilidad de adaptarse al mercado, sino que se consi-gue una reduccin o eliminacin de costes asociados (fabricacin del utillaje, paradas por cambios de refe-rencia, mantenimiento e inspeccin), y de muchos pro-cesos intermedios. Adicionalmente, cuando no es viable prescindir de utillajes (caso de grandes lotes, por ejem-plo), las tcnicas de AM se pueden aplicar en la simpli-ficacin de la fabricacin de moldes, troqueles, plan- tillas con total libertad en el diseo, permitiendo, por ejemplo, canales de refrigeracin embebidos, o la adaptacin a geometras complejas.

    Procesos hbridos: Una opcin que no se debe olvidar es combinar procesos AM con procesos convencionales

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    (sustractivos y/o conformativos), para aprovechar las ventajas de ambos. Por ejemplo, puede resultar muy conveniente combinar con tecnologa de mecanizado por arranque de viruta (MAV). As, se podra iniciar la fabricacin de la pieza por tecnologa AM, empleando nicamente la cantidad de material requerido, y aplicar MAV al final, para alcanzar una precisin determinada en el exterior. De esta manera se evita partir de un blo-que de material a desbastar, que requiere mucho tiem-po, desgaste de herramienta y alto consumo energtico, pues el AM aproxima la geometra final (se denomina near net shape) y el proceso de mecanizado se reduce a un simple acabado, reduciendo el coste total del proce-so. Tambin es posible la hibridacin opuesta, es decir, partiendo de un bloque, fabricar por mtodos sustracti-vos, por ejemplo, mecanizando, aquellas geometras menos complejas, masivas y aadir posteriormente me-diante AM aquellas caractersticas especialmente com-plicadas y que generan alto valor, como, por ejemplo, es el caso de canales internos de refrigeracin comple-jos para insertos de moldes de inyeccin.

    2.3 limitaCioneS y retoS de fUtUro

    A pesar de los evidentes avances que puede aportar a la industria por sus indiscutibles ventajas, existen limitaciones que hacen que las tecnologas AM no se hayan implanta-do an de manera generalizada en muchos sectores.Las limitaciones actuales son debidas, como se describe seguidamente, tanto a los propios procesos de AM, que an pueden ser mejorados, como a procesos perifricos o auxiliares (manipulaciones previas de material, posproce-so, control de calidad) que condicionan en muchos casos su viabilidad, e incluso al desconocimiento de cmo dise-ar los productos o reorientar los negocios industriales para integrar de forma exitosa estas nuevas tecnologas.

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    Dichas limitaciones son, sin duda, superables, y constitu-yen retos para la investigacin, el desarrollo tecnolgico y la innovacin, que actualmente estn siendo abordados por equipos de investigadores y por muchas empresas en todo el mundo.

    2.3.1 limitaciones de proceso del am

    Disponibilidad y coste de materiales: Aunque es posible aplicar tcnicas AM en muchos materiales tanto metlicos como no metlicos, la gama disponible es muy inferior a la que se puede trabajar por mtodos sustractivos y/o conformativos, y adems el coste de adquisicin de ma-terial por unidad de medida suele ser tambin bastante superior. Estos problemas de disponibilidad y coste de la materia prima son inherentes a los bajos volmenes de consumo actuales, ya que se produce el conocido crculo vicioso entre baja demanda, que no justifica las inversio-nes necesarias en los productores de nuevos materiales, y el alto coste unitario que disuade de un aumento del con-sumo. Disponer de nuevos materiales que satisfagan re-quisitos concretos de la industria y los consumidores es un aspecto crtico para el futuro desarrollo del AM.

    Acabado superficial de las piezas y velocidad de fabri-cacin: Estos aspectos se presentan juntos, pues el au-mento de la velocidad de fabricacin condiciona la ca-lidad del acabado superficial. Ambos son tambin retos muy principales que debe resolver el AM para que sea ampliamente aceptada por sectores donde actualmente solo se admiten procesos de fabricacin convenciona-les. Al ser las piezas fabricadas por adicin de capas de material, irremediablemente este efecto es apreciable en la superficie. La mejora de esta caracterstica pasa por la reduccin del espesor de la capa, lo que tiene una influencia directa en el tiempo de fabricacin final.

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    Calidad de producto y repetibilidad de proceso: Algu-nas tecnologas AM presentan problemas de repetitivi-dad y capacidad de proceso, es decir, no se puede asegurar la precisin dimensional con la que se va a realizar una pieza y la siguiente. Asimismo, la estabili-dad en las propiedades fsicas del producto (dureza, elasticidad, carga de rotura, metalurgia), aspecto cr-tico para su homologacin en determinados sectores (automvil, aeronutico, mdico), es tambin una asignatura pendiente. Uno de los principales causantes de desviaciones dimensionales en las piezas son las ten-siones que se generan entre las diferentes capas, una vez se ha fabricado la pieza, ya que se producen pe-queas contracciones del material al enfriarse en los procesos trmicos. Al igual que ocurre con otros proce-sos, se deber trabajar ms en profundidad en el cono-cimiento de este tipo de efectos, de manera que se pue-dan predecir y poder realizar el sobredimensionamiento adecuado para su correcta fabricacin.

    Tamao limitado de piezas: El volumen de pieza mxi-mo que se puede construir hoy en da es bastante limita-do. En piezas de plstico se puede llegar a dos metros, mientras que empleando metales no se puede superar un cubo de 500 mm de lado. Existe tambin un lmite inferior de las piezas ms pequeas que se pueden fa-bricar y est condicionado por parmetros, como, por ejemplo:

    - el tamao de polvo de material que hay que utilizar para que aporte seguridad en su manipulacin duran-te todo el proceso;

    - el dimetro o spot mnimo que es capaz de proce-sar una mquina de tecnologa lser, que no podr conseguir detalles ms pequeos que entre una y me-dia y dos veces el dimetro del haz de lser;

    - espesor de capa de deposicin de material.

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    Coste de la maquinaria: De forma anloga a cuanto su-cede con el coste de la materia prima por lo limitado del mercado actual, el coste de la maquinaria supone una barrera de entrada. No obstante, los precios varan mu-cho: desde 10.000 euros una pequea impresora 3D hasta mquinas de ms de un milln de euros, en funcin de la aplicacin final del producto, del tipo de tecnolo-gas AM que hay que emplear y de la calidad que se requiera para cada caso. La tendencia es que esta ma-quinaria, como ocurri en el pasado con otras tecnolo-gas, vayan reduciendo su coste al ir introducindose poco a poco en la industria y se alcancen economas de escala. El factor que ms influye en el coste de las piezas fabricadas (fundamentalmente en AM con metal) es preci-samente el precio/mquina que hay que repercutir en la fabricacin de cada unidad. Estudios realizados por AIMME demuestran que el material puede suponer entre el 5 y el 25 % del coste real de la pieza, siendo el resto coste de procesado. En este clculo afecta notablemente la baja velocidad del proceso de deposicin de capas, que hace que la productividad por pieza sea pequea y, en consecuencia, el coste/mquina por pieza, muy alto.

    Desconocimiento de la dinmica del proceso, especial-mente para piezas metlicas: Son escasos los trabajos de investigacin que han analizado los diversos aspectos de la mecnica del proceso aditivo y su evolucin con el tiempo, por lo que no se controlan suficientemente todos los parmetros que le afectan. Por ejemplo, an se desco-nocen las relaciones entre la cantidad de material em-pleado, la geometra de la pieza que hay que construir, la estructura y densidad de los soportes necesarios, la orientacin de las piezas en el volumen de construccin y otros parmetros de operacin como la relacin entre el aporte de calor de fusin y la disipacin de dicho ca-lor. A la hora de fabricar una pieza, es indispensable encontrar el punto ms apto para evitar los soportes, con-

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    seguir la mejor calidad superficial, el menor tiempo de fabricacin, la mejor posicin para limitar las tensiones internas y deformaciones y la disminucin de problemas de roturas de los soportes durante la fabricacin. La prin-cipal causa de estos problemas radica en la aportacin de calor necesario para el proceso y su evacuacin. Este ltimo se transmite en parte a la atmsfera, pero gran parte se queda y se transmite al resto de la pieza, bien a travs de los soportes hacia la plataforma o bien al polvo circundante. Los calentamientos y enfriamientos bruscos, cclicos, en distintas geometras de la pieza en construc-cin generan reacciones incontroladas y distintas en cada caso durante el proceso de fabricacin, situaciones que a priori no se pueden predecir. Los programas de software comerciales actuales prevn de manera genri-ca estas situaciones y pueden orientar a la hora de mini-mizar este problema, pero siempre de manera genrica para una pieza que durante la fabricacin, debido a su geometra cambiante en el eje Z, tendr distintos compor-tamientos. Para un control ms ajustado del proceso se requieren investigaciones ms profundas, con el objetivo de poder determinar bien las relaciones entre todos los parmetros, para as poder prever las consecuencias que la temperatura de la pieza, los soportes, la plataforma, las tensiones y sus dilataciones durante la fabricacin tie-nen en las deformaciones y dimensiones finales de la pie-za. Este conocimiento podr llevar incluso a introducir modificaciones en el diseo, de forma que se corrijan las desviaciones durante el proceso de fabricacin y la pie-za final corresponda a lo deseado.

    2.3.2 limitaciones de procesos auxiliares o perifricos

    Sistemas de dibujo asistido (CAD): La creacin del mode-lo 3D es el paso previo al AM y, aunque hoy existe soft-

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    ware muy diverso para disear slidos y superficies com-plejas, stos han sido desarrollados para una ingeniera de fabricacin basada en procesos sustractivos y/o con-formativos y no en procesos AM. Por ello en muchas oca-siones este software empieza a ser el autntico cuello de botella para la creacin de productos realmente innova-dores y radicalmente distintos a las soluciones actuales. Por poner algunos ejemplos, las posibilidades de disear piezas multimaterial o con materiales con gradientes de densidad o porosidad gradual, que no supone un gran problema para una mquina de AM, no estn resueltos en programas de asistencia al dibujo actuales.

    Manipulacin de materia prima en polvo: Otra opera-cin auxiliar en un proceso AM es el trasiego de mate-rial base en la mquina, que muchas veces se maneja en forma de polvo, y que es necesario cargar y descar-gar en la mquina, recuperarando los sobrantes, que se vuelven a tratar para su reutilizacin (tamizado, com-pactado), as como la limpieza para evitar la contami-nacin cuando se cambia de material; toda estas opera-ciones son actualmente manuales, por lo tanto muy labo-riosas y, en ocasiones, penosas e incluso peligrosas. No hay soluciones para automatizar estas operaciones, lo que supone altas tasas de improductividad y operacio-nes sin valor aadido.

    Manutencin y manipulacin de accesorios: Aparte del manejo de grandes cargas de polvo, es necesario mani-pular otro tipo de accesorios como placas pesadas, de-psitos voluminosos, o incluso la extraccin de las pie-zas fabricadas y que, en algunos casos, salen a alta temperatura; estas operaciones, por lo general, tampo-co han sido optimizadas.

    Separacin de piezas metlicas de placas de construc-cin: En los procesos AM con material metlico, las pie-

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    zas se construyen soldadas a una placa base metlica para asegurar su correcta ejecucin; una vez terminada la pieza, hay que separarla de dicha placa, proceso que se est haciendo por medio de sierras convenciona-les de disco o cinta, de forma muy laboriosa y poco eficiente. La geometra de las estructuras de soporte pie-za/placa no son macizas y contienen material en polvo sobrante en su interior, lo que hace muy difcil recurrir a procesos de electroerosin (EDM) o mecanizado tradi-cional, tanto para su separacin como para la elimina-cin de los soportes an adheridos a la pieza (acaba-do). Por ello, uno de los aspectos crticos a la hora de analizar la viabilidad del AM para construir una pieza determinada, es precisamente acertar con la estrategia que permita eliminar los soportes de la forma ms sen-cilla y econmica (altura de los soportes, espesor, espa-cios para poder sujetar la pieza posteriormente), y no generar deformaciones o roturas en la pieza que se acaba de fabricar. Otro problema aadido se produce cuando se fabrican muchas piezas pequeas en una misma placa, para abaratar el coste/pieza, dado que en el momento de la eliminacin de soportes se puede perder la trazabilidad y confundir unas con otras, si no presentan grandes diferencias entre s (caso de implan-tes dentales, por ejemplo).

    Ilustracin 11: Ejemplo de pieza metlica unida a la placa de fabricacin por medio de soportes. Cortesa Fundacin Prodintec

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    Procesos de acabado de las piezas: En caso de que haya que someter las piezas a un acabado, bien por tratamiento trmico bien por procesos mecnicos, las piezas AM presentan dificultades. En los tratamientos trmicos, los problemas son de falta de experiencia y conocimiento real sobre las propiedades metalrgicas, frente a los comportamientos bien conocidos de piezas mecanizadas, estampadas, inyectadas, fundidas, solda-das, etc. En cuanto a los procesos mecnicos de acaba-do, como puede ser un mecanizado bien para asegu-rar una tolerancia o para eliminar restos de soportes de construccin, la presencia de material en polvo sobran-te o las estructuras huecas de los soportes suponen un comportamiento muy abrasivo del material que perjudi-ca la vida de la herramienta y provoca un corte discon-tinuo, aparte de que suele ser difcil plantear un buen amarre de la pieza y acertar en los puntos de referen-cia (hacer el cero) por lo complicado de las geome-tras.

    Integracin con procesos previos y posteriores: Ya se ha mencionado anteriormente la posibilidad de realizar procesos de fabricacin hbridos, en que el AM se com-bine con tecnologas como el mecanizado, pero la asig-natura pendiente en este campo es el escaso desarrollo de sistemas que permitan comunicar los puntos de refe-rencia entre mquinas y tecnologas tan diferentes, para evitar los errores en la transicin entre un proceso AM y otro sustractivo.

    2.3.3 limitaciones ligadas a nuevos modelos de negocio

    Reciclado al final de vida de productos: La ventaja que supone la posibilidad de fabricar componentes multimateriales o, por ejemplo, que integren sistemas

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    electrnicos embebidos, supone tambin un problema aadido a la hora de la segregacin necesaria en el proceso de reciclado de productos una vez hayan fi-nalizado su vida. Actualmente, por el pequeo volu-men de productos AM, an no se ha identificado este como un gran problema, pero sin duda debe ser un tema a considerar en paralelo con el desarrollo de estas tecnologas.

    Desconocimiento por parte de los diseadores industria-les: Los diseadores actuales han sido instruidos para concebir piezas que se puedan fabricar por mtodos sustractivos o conformativos, y esto se convierte en una limitacin muy considerable para sacarle todo el partido posible a las tecnologas AM. Por ello, para hacer com-petitivo un proceso AM, se hace necesario que disea-dor y constructor realicen un trabajo de ingeniera con-currente que cuestione el diseo bsico tradicional, en-tre en su fundamento, y se libere de tpicos y paradig-mas condicionados por los procesos sustractivos y con-formativos. Este trabajo, nada trivial, realizado conjun-tamente entre el diseador que domina el producto y el especialista en AM, consigue resultados realmente es-pectaculares, que en muchas ocasiones cambian por completo la idea inicial del producto. En este sentido hay que recordar que las tecnologas de AM se estn incorporando ya a la formacin tcnica, tanto en asig-naturas dentro de los programas formativos de distintas universidades, escuelas de diseo, as como en mste-res, cursos de extensin universitaria, y que el alto inte-rs por parte de los alumnos se traduce en un buen n-mero de proyectos fin de carrera y tesis doctorales rela-cionados con la temtica.

    Propiedades anistropas: El AM introduce nuevos factores a tener en cuenta respecto a las caractersti-cas mecnicas de los productos fabricados, depen-

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    diendo de la direccin de construccin de las capas. Los programas de simulacin y anlisis actual llevan acabo su actividad bajo la hiptesis de materiales homogneos, no siendo este el caso para productos fabricados por capas, al presentar distintos compor-tamientos segn el eje de construccin x,y,z (aniso-tropa) y posibilitar la fabricacin de piezas con dis-tintos gradientes de material.

    Propiedad intelectual: Finalmente, la posibilidad futu-ra que se abre de poder llegar a fabricar los produc-tos de manera individual por parte del pblico en ge-neral, por ejemplo mediante descargas por Internet de diseos, hace que se deban considerar asuntos relacionados con la propiedad intelectual de dichos diseos.

    2.4 el valor frente al CoSte de la teCnologa

    Para determinar de forma correcta el coste real de una pieza fabricada con tecnologas AM se debe atender a los cinco conceptos que seguidamente se relacionan:

    Coste de material: Es bastante ms caro que el material de iguales caractersticas empleado en procesos conven-cionales, a falta de que se consigan economas de esca-la que los abaraten. No obstante, la tecnologa AM evi-ta (o minimiza cuando requiere soportes) el desperdicio de material, por lo que en ocasiones el balance puede ser favorable.

    Coste de personal: El personal dedicado debe tener gran especializacin para atinar con la correcta es-trategia de fabricacin, con la ubicacin en la plata-forma y la programacin de parmetros adecuados,

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    as como en las operaciones de posproceso requeri-das en el acabado. Durante la fase de construccin en la mquina no es necesaria ninguna operacin, por lo que, en comparacin con los procesos conven-cionales, se necesita menos mano de obra, pudiendo aprovechar turnos de noche y jornadas no laborables, de forma que las mquinas trabajen en modo des-atendido.

    Coste de amortizacin de la maquinaria: Se trata en general de maquinaria costosa, que en muchas ocasio-nes opera con lser o cabezales que requieren manteni-miento y que est sujeta a desgaste, por lo que deman-da recambios cada cierto nmero de horas de funciona-miento. El grado de utilizacin de las mquinas debera ser superior al 85 %.

    Coste de tecnologa perifrica: Una mquina de AM no es suficiente para implantar esta tecnologa de fabrica-cin, sino que hace falta poder manejar (o generar) fi-cheros digitales con los modelos que hay que reprodu-cir, asegurando su coherencia y maquinaria de pospro-cesado.

    Costes indirectos: Entre ellos los gastos de formacin del personal, consumo de energa, costes de no calidad o gastos generales asociados; la variable clave en el pro-ceso es el tiempo de fabricacin, por lo que la imputa-cin de estos costes indirectos debe ser proporcional al nmero de horas de trabajo.

    No obstante, para poder comparar correctamente la com-petitividad de un proceso de AM frente a otro tradicional, para decidir la fabricacin ptima de una pieza, es nece-sario cambiar los mtodos de anlisis ms habituales, sim-plistas, enfocados exclusivamente al coste, y comparar ese dato con el del valor aadido que le confiere al producto.

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    Esta recomendacin est alineada con documentos de amplio consenso como la Agenda Estratgica de Investi-gacin (SRA: Strategic Research Agenda) de la Platafor-ma Tecnolgica Europea de la Fabricacin, Manufuture, donde se hace especial mencin a la necesidad de orientar la industria hacia la generacin de valor en los productos y procesos, en contraste con la tendencia tra-dicional del abaratamiento de los costes, para asegurar su sostenibilidad.Si hoy en da las tecnologas de AM no se han expandido ampliamente por diversos sectores industriales, es porque no se ha aprendido a medir tanto su viabilidad tcnica (ajuste de calidad de las piezas, homologaciones) como la econmica en una aplicacin concreta. Algunos secto-res s que han sabido explotar las ventajas que esta tecno-loga aporta, como el dental o la ciruga personalizada, pero se trata de sectores donde el coste no suele ser un factor limitante, al ser negocios de muy alto valor aadido. Es necesario abundar en adecuados anlisis de coste/be-neficio en muchos otros sectores industriales y econmicos, en general, para avanzar en la implantacin de los proce-sos aditivos.Se han hecho varias comparativas de coste frente a proce-sos de inyeccin de plsticos. En el caso de la inyeccin, se hace necesario fabricar un molde, que tiene una influen-cia muy importante en el coste de las piezas para volme-nes bajos. Al aumentar la cantidad de piezas fabricadas, el coste/pieza se reduce de manera exponencial, y llega un momento material en que el coste del molde apenas influye en el coste de material y de operacin. Por el con-trario, empleando tcnicas aditivas, el coste/pieza es prcticamente independiente del nmero de ellas, por no tener que amortizar ningn utillaje. En los grficos de las ilustraciones siguientes se puede ver el punto de equilibrio que representa la cantidad a partir de la cual es ms ren-table inyectar la pieza frente a fabricarla directamente por tecnologas AM.

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    Fabricacinaditiva

    Inyeccin deplstico

    Coste del molde

    Volumen de produccinQ

    Cost

    e to

    tal

    Ilustracin 12: Comparativa coste/cantidad

    Inyeccin deplastico

    Fabricacin aditiva

    Volumen de produccinQ

    Cost

    e un

    itario

    Ilustracin 13: Comparativa coste unitario

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    Como se ha sealado anteriormente, el coste/pieza es un factor fundamental a la hora de decidirse por un proceso de fabricacin determinado; y, como se acaba de explicar, el tamao de la serie es un parmetro decisivo, pero la deci-sin puede ser errnea si se fija exclusivamente en la cuan-ta de los costes. En este momento es cuando se debe entrar a valorar otros aspectos como la libertad que puede supo-ner no depender de un costoso y rgido molde, los posibles cambios de diseo durante la vida del producto, la posibili-dad de ajustar los lotes al nmero exacto que demanda el mercado (en lugar de tirar grandes lotes para justificar los costes de tiempo de cambio en la inyectora).Cuando se trata de un producto novedoso, puede existir gran incertidumbre sobre cul ser su aceptacin en el mercado y la cantidad que finalmente se va a vender. Si se opta por la inyeccin, una vez construido el molde, no llegar a las ventas previstas supone un riesgo que puede redundar en un desastre financiero, mientras que si se opta por el AM, se puede plantear el negocio ajustado a los costes variables y bajar dramticamente el nivel de riesgo.Estas consideraciones permiten desplazar el punto de equi-librio a la derecha y aumentar la competitividad del AM.Adicionalmente es muy importante, al realizar este anlisis de viabilidad comparada, no partir con un error de base, como es presupuestar una pieza que se ha diseado pen-sando en procesos sustractivos o conformativos de fabrica-cin, sin hacer un rediseo previo adaptado a las particu-laridades de las tecnologas de AM. Vaciar de material el interior de la pieza, buscar formas geomtricas ptimas, por complicadas que sean, o integrar varios componentes en uno son estrategias adecuadas habituales que permiten redisear la pieza de forma que, en un anlisis holstico, el resultado es favorable al AM.La adaptacin de un diseo para ser fabricado por capas no es trivial, requiere de un trabajo de ingeniera concu-rrente entre expertos del AM y la empresa o el diseador que domina el producto, su funcionalidad esperada, y que

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    se aborde el proceso con amplitud de miras y con gran flexibilidad conceptual para poder llegar a soluciones real-mente innovadoras, no convencionales. El proceso suele ser iterativo y por el camino se van descubriendo nuevas posibilidades, inicialmente no planteadas, como la posibi-lidad de personalizar piezas, realizar gamas de produc-tos, en lugar de un diseo monoltico, reducir peso o mejo-rar prestaciones.Al final el coste de fabricacin puede ser menor o mayor, pero el valor aadido del producto suele ser bastante ma-yor que el que se podra alcanzar por otro proceso confor-mativo, en este caso la inyeccin.

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    Se detallan a continuacin algunos de los sectores y apli-caciones donde las tecnologas AM son actualmente em-pleadas y an disponen de gran potencial de crecimiento, gracias, precisamente, a que se han podido experimentar en condiciones reales y ha sido posible valorar las venta-jas que aportan frente a procesos sustractivos o conforma-tivos.Tambin se sealan otros sectores de futuro, donde an no se est aplicando o se hace de forma muy puntual, y se ponen ejemplos de nuevos modelos de negocio que estn empezando a surgir en muy diversos campos. Cabe aclarar que el AM no tiene por qu ser un sustituto de los procesos sustractivos o conformativos en el 100 % de los casos, sino que es una opcin ms dentro de una cadena de produccin, que permite, con sus ventajas y sus limitaciones, el diseo y la ejecucin de soluciones con mayor valor aadido, menores costes o simplemente ms rpidas.

    3.1 SeCtor mdiCo

    Uno de los principales fabricantes de maquinaria de AM identifica el sector mdico como el de mayor aplicacin de los productos fabricados con esta tecnologa (23 %),

    47

    3sECtOrEs DE apLICaCIN

  • seguido del sector automocin (15 %) y el aeronutico (15 %).De hecho, este inters por el AM en el sector mdico ha sido un motor para el desarrollo de la tecnologa desde sus orgenes en los aos ochenta. A pesar de ser un sector extremadamente conservador en la aplicacin de cual-quier avance tecnolgico, las enormes ventajas que apor-taba el AM han provocado el trabajo en colaboracin entre desarrolladores (fabricantes de maquinaria funda-mentalmente) y usuarios (los propios especialistas mdicos) en un gran nmero de proyectos de investigacin, muchos de ellos en marcha hoy en da.Las particularidades que acrecientan el inters en este sec-tor son las siguientes:

    Haynecesidaddepiezasnicas,adaptadasa lascir-cunstancias de cada paciente, cada doctor y cada tra-tamiento, difcilmente repetibles.

    Aunquelasolucinalproblemaentraealtoscostes,esun sector de alto valor por tratar con temas de salud, calidad de vida, o incluso riesgo de muerte.

    Los modelos geomtricos son de gran complejidadpara adaptarse bien al cuerpo humano, lo que hace muchas veces imposible optar por mtodos convencio-nales de fabricacin.

    Existe una familiaridad entre los sistemas de capturade datos mdicos (TAC, escner) y las tcnicas de tratamiento de ficheros necesarias para el AM, y es posible integrarlos con relativa facilidad.

    Losmdicos(usuariosfinales)disponendeunaltogra-do de autonoma en la toma de decisiones en muchos casos (especialmente en los ms graves o difciles), por lo que no se requiere un largo proceso de homologa-cin de nuevas tecnologas.

    Dentro del sector mdico se pueden distinguir diversos sub-sectores de aplicacin:

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  • 3.1.1 biomodelos

    La complejidad de formas de los distintos rganos del cuerpo humano, su singularidad y las a menudo urgentes necesidades de intervencin son circunstancias que facili-tan la aplicacin del AM por delante de cualquier otro mtodo de produccin. Por ello, una de las prcticas que ms se est extendiendo es la reproduccin de partes (o totalidad) del cuerpo de un determinado paciente, a modo de prototipo, que permita al cirujano planificar a la perfec-cin una compleja intervencin quirrgica. De uso ya ha-bitual por ejemplo en traumatologa, este tipo de aplica-cin reduce el riesgo de errores y replanificaciones duran-te la propia operacin, ya que el especialista ha podido ensayar antes de actuar sobre el paciente, y limita al mni-mo el tiempo de exposicin en el quirfano.

    Ilustracin 14: Encaje transtibial, resina 18420 SLA. Fuente proyecto FABIO: AIMME, ASCAMM, IBV e INASMET

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  • Estos modelos facilitan la comunicacin en diversas situa-ciones:

    Explicar a los pacientes y mejorar el consentimientoinformado ante una intervencin.

    Ayudara loscirujanoseneldiagnsticoen laplanifi-cacin, ensayo y la simulacin de la ciruga.

    Creacin,comprobacinyajustedeimplantesyprte-sis personalizadas.

    Posicionamientoprecisodelosimplantes. Ilustrarpropuestasdenuevosprocedimientos. Modelosparacamposcomopaleontologa,antropolo-

    ga, arqueologa, medicina forense

    3.1.2 implantes artificiales personalizados

    Implantes de odo: La fabricacin personalizada de las carcasas plsticas para los implantes de odo ya es una realidad industrial y una de las primeras aplicaciones de xito de personalizacin en masa. Las ventajas que ofre-ce un producto que se adapte perfectamente a la geome-tra individual del canal auditivo de cada paciente, ha-cen que su alto valor aadido, por comodidad y funcio-nalidad, sea muy competitivo desde una perspectiva tcnica y econmica.

    Ilustracin 15: Proceso de fabricacin de implantes de odo por sinterizado lser selectivo. Cortesa de PHONAK y EOS GmbH

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  • 51

    Implantes dentales (coronas y puentes): El campo de implantes dentales es uno de los ms avanzados en el empleo de tecnologas de AM de fabricacin, asistida por la toma de datos mediante escaneado de la boca del paciente que hay que tratar, de forma que se con-sigue un acoplamiento perfecto con su dentadura. La posibilidad de emplear materiales como el cromo- cobalto-molibdeno, o el oro, asegura un futuro an ms prometedor en los prximos aos, existiendo ya en la actualidad unidades de produccin de este tipo de ma-teriales de forma seriada. De hecho se est consiguien-do no solo mucha ms precisin, sino incluso mayor productividad con sistemas como EOS M270 que pue-de fabricar 380 unidades de coronas y puentes (todas distintas y personalizadas) en cromo cobalto en unas 20 horas, segn el caso, duplicando o triplicando la produccin por mecanizado o colado a la cera.

    Ilustracin 16: Implantes dentales. Cortesa EOS GmbH

    Implantes y prtesis articulares a medida (rodilla, hom-bro, cadera, traumatismos): Existen soluciones AM para aleaciones de cromo-cobalto y titanio biocompati-bles, que permiten fabricar implantes de geometra muy compleja, de manera rpida (de un da para otro) y de forma competitiva en costes con altos niveles de calidad. El acabado final de las piezas y sus propieda-

  • 52

    des mecnicas pueden ser considerados tan buenos como los de las fabricadas por mtodos sustractivos.

    Ilustracin 17: Implante femoral de rodilla fabricado mediante EBM en aleacin CoCr ASTM F75. Cortesa de AIMME

    Al igual que ocurre con otros procesos de fabricacin, es de obligado cumplimiento en este sector pasar un proceso de vali-dacin y cualificacin de este tipo de sistemas novedosos de fabricacin. Ello supone un trabajo laborioso y responsable por parte de la empresa fabricante del implante en cuanto a la eje-cucin del proceso de homologacin del producto y proceso.

    Ilustracin 18: Implantes a medida. Cortesa Socinser

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    Las ventajas que ofrece la tecnologa AM para la fabri-cacin de piezas nicas personalizadas ofrece posibili-dades reales para la fabricacin de prtesis individua-les, como en el caso que se muestra en la ilustracin si-guiente.

    Ilustracin 19: Protsis a medida. Cortesa de Fraunhofer IPA y EOS GmbH

    3.1.3 Utillajes y herramientas de ayuda en las intervenciones

    En este apartado se incluyen sistemas estreo tcticos (plantillas y guas quirrgicas para reseccin, taladrado, posicionamiento) por poner unos ejemplos.Se trata de una industria de altsimo valor aadido y para la que se prev un crecimiento anual en algunos segmen-tos del 10 %. Los requerimientos en este tipo de productos en lo que se refiere a su geometra son muy complejos: aristas afiladas, paredes esbeltas, agujeros y canales inter-nos, aligeramiento de las piezas, diseo ergonmico. En muchos casos, adems, se exige absoluta personalizacin del instrumental para un cirujano, un paciente, o incluso para la empresa que lo comercializa. Por todo ello supone un campo de aplicacin ideal de AM, que consigue no

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    slo optimizar cada una de las piezas del instrumental, sino que a veces permite integrar varias piezas en una sola. As estas fabricaciones en AM suponen tanto una ventaja funcional como un ahorro de costes, respecto a otras tcnicas.

    Ilustracin 20: Juego de instrumental quirrgico fabricado mediante estereolitografa en resina 18420 y SLM

    en acero inoxidable AISI 316L. Cortesa de AIMME, LAFITT

    Ilustracin 21: Modelos quirrgicos. Cortesa de Socinser

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    3.1.4 Scaffolds

    Se trata de de estructuras porosas que permiten el creci-miento de tejidos artificiales, como, por ejemplo, el seo o el cartilaginoso, y son cada vez ms empleados en in-geniera tisular. AM en este caso permite fabricar estos scaffolds (andamiajes) con toda la complicacin que se requiera, consiguiendo formas 3D en las que el nuevo te-jido se puede aproximar perfectamente a su forma final.

    3.2 SeCtor aeronUtiCo

    Al igual que lo descrito anteriormente para el sector mdi-co, se puede afirmar que el AM es una tecnologa que tiene un encaje perfecto con los requerimientos del sector aeronutico.Los bajos volmenes de fabricacin, la necesidad de un compromiso ptimo entre la resistencia mecnica de las piezas y su peso, la personalizacin y la necesidad de utilizar geometras complejas constituyen un escenario ideal para que el AM sea imbatible frente a otros procesos de fabricacin. Las principales constructoras de aviones estn apostando de forma decidida por incorporar estas tecnologas en sus futuros desarrollos. En la actualidad es muy puntual el empleo de piezas fabricadas por AM y se reduce a aplicaciones principalmente en el sector militar y no en el civil. El gran impedimento, de nuevo, es la impe-rativa homologacin que afecta tanto a los nuevos diseos como al propio proceso, y en lo que se est trabajando actualmente.Las primeras aplicaciones en piezas que vuelan son componentes de plstico para conducciones de aire. El muy escaso espacio disponible en las aeronaves hace que sean necesarias geometras muy complejas para estas con-ducciones, que se deben ir adaptando al hueco que les deja el resto de componentes del avin. La posibilidad de

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    disear y fabricar este tipo de geometras de una sola vez (no en numerosas piezas como se vena haciendo) y en bajos volmenes, hace que el AM encuentre su primer ni-cho en este sector. En lo que se refiere a componentes metlicos, se est estudiando y validando su aplicacin en labes de turbinas de motores, donde, una vez ms, la li-bertad en el diseo permite disponer de canales de refri-geracin internos que optimicen el funcionamiento.De gran inters en este sector son las posibilidades que est ofreciendo la tecnologa NNS (Near Net Shape) don-de los procesos aditivos permiten acercarse a la geometra final de la pieza para luego ser finalizada por un proceso convencional, normalmente un mecanizado.Segn vayan avanzando los procesos de homologacin, el sector aeronutico ser especialmente rentable para AM, por la reduccin que supondr en elevadas inversiones en utillaje, que actualmente penalizan mucho el coste/pieza, al tener bajo nmero de unidades por pedido.

    CASO DE ESTUDIO: PEINE DE INSTRUMENTACIN RAkE. NLUTARL RAMEM (HTTP://www.RAMEM.COM/)

    Un peine o rake de instrumentacin para la medicin de presin en la corriente de un fluido (o la de un mvil en un fluido) es un soporte (un cuerpo ms un pie) con una colec-cin de tubos o tomas de presin total y/o esttica, cuya misin puede ser la de medir velocidades, entonces cono-cidos como tubos de Pitot, o simplemente la medicin de la presin y/o temperatura, dispuestos convenientemente para medirlas en distintas cotas o puntos del espacio ms o menos prximos. Estos instrumentos son de uso habitual en el sector naval y aeroespacial.Para la medicin de temperaturas basta con introducir los sensores correspondientes en las tomas dispuestas al efec-to, y nlutarlos a travs de los conductos internos dispues-tos a tal efecto en el cuerpo y el pie del instrumento.

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    Ilustracin 22: Fabricacin tradicional de peines de instrumentacin rakes. Cortesa de RAMEM

    El sistema de fabricacin mediante el cual se vienen fabricando estos peines de instrumentacin es lento, caro, con limitaciones geomtricas y no exento de in-certidumbres de precisin, como se explica seguida-mente.En primer lugar se requieren distintas operaciones de me-canizado (torno, fresa, electro-erosin), montaje, ajuste y unin, y posteriormente un montaje de tubos y/o cables (curvados, guiados y sujeciones, soldaduras), con alto coste de mano de obra especializada. Como complejidad aadida existen instrumentos ideados para medir a alta temperaturas y por lo tanto las soldaduras han de ser resis-tentes a la misma, con gran riesgo de fallo y deformacin geomtrica del instrumento (y por tanto de su precisin), y de concentracin de tensiones (riesgos de rotura y de de-formacin).La aplicacin de tecnologas AM para la fabricacin del rake supone un cambio radical de proceso con enormes ventajas funcionales y ahorro de costes. En concreto se opt por un proceso de sinterizado selectivo lser partien-

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    do de polvo de diversos materiales, como pueden ser bronce, distintos tipos de acero inoxidable, superaleacio-nes de cromo-nquel, titanio, incluso resinas polimricas (reforzadas o no), si bien estas son menos precisas y resis-tentes que los metales.De esta manera, se obtiene directamente y de una vez al menos el cuerpo del peine y los conductos interiores, sin necesidad de tener que disponer de tubos y/o cables adi-cionales (enrutado), como se realizaba anteriormente. En una ejecucin alternativa, es posible realizar la totalidad del peine de manera integral en pieza nica, es decir, cuerpo del peine, pie o base, y los tubos o tomas de pre-sin y/o temperatura.Todo ello hace posible fabricar instrumentos con ms den-sidad de tubos o tomas de seal, que hasta el momento no era posible y, en consecuencia, ms resolucin espacial de la medida de la presin y/o temperatura.Adems, los instrumentos pueden ser aligerados en su interior o incluir rigidizadores, al criterio del diseador o calculista. Se evita la necesidad de mecanizar piezas (tu-bos o tomas) por separado (normalmente esbeltas), posi-cionarlas en el espacio (con complejos utillajes), montar-las y unirlas (por soldadura, adhesivo o montaje mecni-co), o bien mecanizarlas partiendo de un bloque; se evita realizar el enrutado, es decir, montar los tubos interiores (metlicos o de polmero), curvarlos, guiarlos y sujetarlos. Se evitan juntas e imprecisiones y ofrece mayor resisten-cia, rigidez y mucha ms seguridad al ser una pieza in-tegral.El cuerpo del rake es integral y no necesita que sea seccionado y posteriormente montado, se reduce el ries-go de que la instrumentacin se separe y cause daos a otros componentes en la mquina en la que es insta-lado.

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    Ilustracin 23: modelo de los tubos interiores y rake integral en acero inoxidable fabricado por sinterizado

    lser en Prodintec. Cortesa de RAMEM

    A la hora de disear y fabricar el rake, su geometra no tiene por qu ser uniforme, puede presentar diferentes propiedades en los distintos puntos o cotas de su geometra. Propiedades que pueden variar a lo largo de los diferentes puntos, bien de manera uniforme o discreta. Las propiedades que pueden ser objeto de modificacin a lo largo de su cota pueden ser peso/densidad, la capacidad de evacuacin trmica o de calentamiento, la rigidez estructural y los modos de vibracin.La modificacin de propiedades como las anteriores se logra mediante la generacin durante el proceso de fabricacin de huecos estructurales, que pueden variar de tamao desde los microhuecos hasta cuadernas rigidizadoras, pasando por cel-dillas o estructuras tipo honeycomb (celda de abeja), que efecti-vamente producen una modificacin en el peso/densidad, pro-piedades trmicas, rigidez estructural y modos de vibracin.Los instrumentos obtenidos mediante el sinterizado lser son ms precisos y potentes, ms pequeos si se desea, producidos de forma mucho ms econmica y ms rpida, y todo ello con mayor calidad.

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    En 2010 RAMEM obtuvo una patente nacional (nmero de publicacin: 1072442) para la fabricacin de rakes sinte-rizados por lser, y en la actualidad mantiene la investiga-cin y caracterizacin de este tipo de instrumentos con el apoyo del Ministerio de Industria y la colaboracin del Consejo Superior de Investigaciones Cientficas.

    3.3 SeCtor aUtomoCin

    La aplicacin de AM est teniendo una notable repercusin en uno de los sectores industriales ms innovadores tanto en productos como en los procesos de fabricacin. Los gran-des constructores actan como tractores, y actualmente es-tn aplicando AM en la fabricacin de prototipos y para la validacin de las primeras series los nuevos modelos.Los diseadores del sector, que han ido introduciendo con-tinuamente nuevas formas y modelos cada vez ms exigen-tes para la fabricacin, se encuentran no obstante bastan-te limitados por las restricciones que impone la utilizacin de moldes y matrices para la fabricacin masiva de los productos. El AM supondra un cambio radical en este sen-tido, pero el actual modelo de negocio basado en grandes series impide que, debido a las capacidades limitadas de la tecnologa para dar respuesta al sector, an no se haya empezado a utilizar de forma amplia en la fabricacin de componentes.Donde s est empezando a encontrar su hueco el AM es en la fabricacin parcial o total de moldes de inyeccin, donde aprovechan la libertad de diseo y fabricacin de canales conformales. Es por tanto una aplicacin de Rapid Tooling, que se ver posteriormente.Otra aplicacin natural dentro de este sector se da en el mundo de la competicin y en concreto en Frmula 1. Ms parecido al sector aeronutico, que al propio de automo-cin, los mismos requisitos de resistencia mecnica con re-duccin de peso, personalizacin de cada escudera y exi-

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    gencias aerodinmicas actuales abonan el campo para la aplicacin de AM. En este caso se demandan muy pocas unidades y, adems, es necesario disponer de nuevos redi-seos mejorados en muy poco tiempo. Dentro de una mis-ma temporada, y de semana en semana a veces, se intro-ducen modificaciones de diseo de algunos de sus compo-nentes. Esto sera inviable con mtodos convencionales, pero perfectamente posible con AM. De hecho, en algunas ocasiones las geometras tan complejas que se disean no son factibles por ningn otro mtodo de fabricacin.La aplicacin futura de forma ms extendida en este sector depender de mejoras en las mquinas de AM, que alcan-cen no solo mayores niveles de productividad, sino aumen-tar notablemente su capacidad de fabricar de manera esta-ble dentro de unas tolerancias estrictas (ndice de capaci-dad de proceso o Cpks mayor de 1,33, 1,67 o incluso 2), as como la calidad de acabados. Tambin ser necesario ampliar la gama de materiales disponibles.Tambin sera posible que se produjera un cambio de men-talidad en el usuario, y por lo tanto en el modelo de nego-cio, hacia la personalizacin del automvil, de tal manera que fabricantes y proveedores se vean obligados a acele-rar la incorporacin de AM. Sera sin duda a costa de un aumento en el precio de los vehculos, pero hoy en da ya hay fenmenos de este tipo como puede ser el tunning, que supone un mercado importante y creciente.

    3.4 SeCtor del molde y matriCera

    El Rapid Tooling es una aplicacin muy interesante del AM, ya que la pieza final obtenida corresponde a un pro-ceso convencional ya establecido (inyeccin, por ejemplo), y es el molde el que se ha construido utilizando las venta-jas que ofrece el AM.En este campo cabe destacar las oportunidades que ofrece la fabricacin directa de poder fabricar moldes o partes

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    de un molde con canales de refrigeracin (canales confor-males) con geometras libres, capaces de adaptarse a la geometra, optimizando de esta manera la refrigeracin de la pieza ah donde se necesite y, consecuentemente, el ciclo de inyeccin y los requerimientos dimensionales del producto final.En moldes muy complejos, donde existan atrapamiento de gases en el interior de la pieza obtenida, mediante el uso de canales de forma se puede controlar el enfriamiento del material y, por tanto, la ubicacin final de dicho atrapa-miento, convirtiendo un pieza mala en buena (inyeccin de metales no frreos, tcnica testada en inyeccin de aleacin de aluminio).En ocasiones no se utiliza la tecnologa para fabricar com-pletamente el molde, sino que se optimiza su utilizacin aplicndola a algunas zonas (insertos), puesto que de otra manera su fabricacin sera muy complicada o el plazo no sera competitivo.En la siguiente imagen podemos apreciar sobre un corte virtual la capacidad de la tecnologa para conformar estos canales de geometra compleja.

    Ilustracin 24: Imagen CAD 3D de corredera de acero para inyeccin de aluminio con canal de refrigeracin adaptado fabricado mediante SLM, pieza de aluminio inyectada tras salir

    del molde y pieza acabada. Cortesa de AIMME, ORMET

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    Las ventajas de la utilizacin del AM en la fabricacin de insertos y moldes hay que buscarla principalmente en los aspectos indicados anteriormente, donde se aporta un va-lor adicional a los procesos de mecanizado, y no tanto en las posibles ventajas en tiempo y coste. Para estas ltimas ser necesarios estudiar cada caso y valorar la mejora en tiempo que puede suponer la fabricacin por tecnologa aditiva frente a las convencionales sustractivas (mecaniza-do, electroerosin).

    Ilustracin 25: Insertos de molde fabricados por sinterizado lser en metal. Cortesa de IMVOLCA, S.L. (PAKTO)

    En termoconformado, como habitualmente no se requiere de una calidad superficial y dimensional tan elevada como en la inyeccin, es posible que el til fabricado por AM sirva para el proceso de fabricacin final sin necesidad de semia-cabado o acabado y, por tanto, en este caso pueda existir una reduccin del tiempo de fabricacin del molde.La aplicacin principal del AM en este sector actualmente se da en la construccin de moldes, pero su utilizacin es posible en cualquier proceso de fabricacin de utillaje, por ejemplo, de matricera.

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    3.5 SeCtoreS intenSivoS en diSeo: joyera, arte, textil y mobiliario

    Las tecnologas de AM estn teniendo una acogida singu-lar por parte de los diseadores de productos de gran consumo, que aprecian la rapidez en el rediseo y la li-bertad que les confiere, de forma diferencial con cual-quier otra tecnologa. A da de hoy supone un pequeo nicho de mercado. Se aprovechan principalmente las ventajas que ofrece el AM en cuanto a la libertad en el diseo (para ms detalle ver anexo 4) y de la baja in-fraesctrucutura que requiere para pasar de ser diseador a ser al mismo tiempo fabricante y comercializador del diseo.El sector de la joyera es buen ejemplo que se inici en la aplicacin de AM como medio para un prototipado rpi-do de los diseos; de hecho, existen mquinas desarrolla-das especialmente para el sector, que permiten obtener piezas mster (en cera, por ejemplo) que luego son fundi-das para obtener la pieza final en el material deseado.

    Ilustracin 26: Cortesa de Moldkar y Axis. Dieso KX designers y CloneNature

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    El prototipado rpido ha supuesto una revolucin en un tra-bajo muy tradicional, manual y artesano como es el de la joyera, pasando a utilizar directamente software CAD 3D para concebir los nuevos diseos, como paso previo al empleo de las mquinas de prototipado rpido que gene-ran los modelos. La libertad del diseo, unida a la perso-nalizacin y la rapidez, superan claramente a los proce-sos tradicionales, y han hecho posible que se haya exten-dido exitosamente entre las empresas del sector por todo el mundo, a pesar del esfuerzo innovador que les ha exi-gido.Pero lejos de quedarse a nivel de prototipos, tambin se ha dado el paso hacia la fabricacin directa de las joyas. Se est utilizando en menor medida, de momento, por la limitacin en la gama de materiales, pero hoy es tcnica-mente posible utilizar oro y plata, aunque el mayor coste de la materia prima y su gestin, ms compleja, son ac-tualmente limitantes.

    Ilustracin 27: Anillos con geometras complejas y personalizacin en el sector de la joyera.

    Cortesa Fundacin Prodintec

    De especial inters resulta la iniciativa de una empresa holandesa, Freedom Of Creation (www.freedomofcreation.com), especializada en diseos de productos de muy di-versa funcin, pero todos ellos especficamente pensados

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    para ser fabricados por AM. Tanto a travs de su pgina web, como de las newsletters que publica regularmente, se puede acceder a diversos diseos novedosos de artculos de consumo como lmparas, tiles del hogar e incluso ves-tidos. Su diferencial es el aprovechamiento al mximo de la libertad de geometras que ofrece la tecnologa, para sorprender al consumidor. Son productos que no compiten por precio, sino por su diseo y originalidad, con un alto valor aadido.Se llega a fabricar productos realmente sorprendentes como textiles, trajes, lmparas o bolsos. Actualmente se trata de ejecuciones no demasiado afinadas, limitadas por los materiales disponibles y los acabados de las piezas, pero son aproximaciones pioneras que van a seguir desarrollndose de forma simultnea con los nue-vos avances en procesos de AM, en el desarrollo de nuevos materiales y del software de diseo, y que apor-tan soluciones realmente rupturistas respecto a lo exis-tente.

    Ilustracin 28: Lmpara fabricada por Moldkar y Axis. Diseo KX Designers y CloneNature

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    La posibilidad futura de fabricar productos de consumo directamente desde impresoras CAD 3D en varios materia-les, abre un mundo de posibilidades en muchos sectores.

    Ilustracin 29: Trofeos Delta09. Cortesa de ADI-FAD y EOS Desi. Diseo KX Designers

    3.6 indUStria manUfaCtUrera en general

    En los apartados anteriores se han indicado los principales sectores que ya han descubierto las ventajas de aplicacin de las tecnologas de AM en sus mercados actuales. No obstante, existen otros sectores manufactureros, donde su aplicacin no resulta tan evidente, pero suponen importan-tes nichos de mercado latente.El desconocimiento de las posibilidades que la tecnologa ofrece en determinados campos es uno de los principales limitadores a la hora de su aplicacin, as como barreras antes mencionadas en el coste/pieza, los altos volmenes de produccin, la reducida gama de materiales y el tama-

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    o mximo de pieza. Se requiere trabajo conjunto entre expertos en tecnologa de AM y expertos sectoriales para entrar en las fases iniciales del diseo, y de esta forma facilitar la produccin por estas tecnologas con viabilidad tcnica y econmica.Lo cierto es que la batalla de la personalizacin en mu-chos sectores manufactureros ya est ganada, y se da un valor diferencial a esta capacidad de disear y fabricar productos adaptados a cada cliente o aplicacin concreta, lo que supone un importante aliciente para llegar a una implantacin definitiva del AM en sectores como el calza-do, la ropa deportiva, los telfonos mviles, accesorios de ordenadores (ratones, joysticks) o las gafas.Se distinguen diferentes niveles de personalizacin. Por un lado, hay ejemplos de productos realmente nicos, por ejemplo, unas lentes que se disean y fabrican para una persona en concreto. En el otro extremo, se tratara solo de modificar algn parmetro de un producto estndar, como su color o tamao, o los acabados interiores de un coche, o la posibilidad de incorporar o excluir mdulos dentro de un paquete de variadas soluciones estndar.

    Productospersonalizados

    Productoestndar

    Nmero de caractersticas personalizables

    Modularizacin

    Pocas

    Ninguna

    Nmero deelecciones

    disponibles

    Infinitas Productosa medida

    Ilustracin 30: Diversos grados de personalizacin de un producto

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    El concepto de producto industrial, desde finales de siglo xviii, se alej de estos trminos de exclusividad, ms pro-pios de una fabricacin artesana. En la la actualidad, en pases altamente desarrollados, se estn buscando solucio-nes para combinar la alta productividad que aporta un proceso industrial y el alto valor aadido que confiere el trabajo personalizado. Se persigue materializar un con-cepto de personalizacin en masa o Mass Customization. Las tecnologas AM son un paso decisivo en esta direc-cin.Pero en el sector manufacturero, las tecnologas de AM pueden tener gran aplicacin fuera del propio producto que comercializa, facilitando los procesos convencionales de fabricacin. Ejemplos de ello se encuentran en el em-pleo de utillaje especfico para aplicaciones de manipula-cin (garras para manipuladores, robots), tiles de asis-tencia para facilitar ensamblajes (sistemas Poka-Yoke) o la mejora de la ergonoma de herramientas o puestos de tra-bajo.La menor dependencia de utillaje en la planta, o su optimizacin, permite imaginar tambin la produccin de piezas en lotes mnimos, e incluso unitarios, minimi-zando los tiempos de cambio de referencia (SMED-Sin-gle Minute Exchange of Die), pilares bsicos de la fa-bricacin ajustada y de alta productividad (Lean Manu-facturing).Otro aspecto que se debe valorar en una fbrica es cun-to cuesta la logstica de recambios, tanto de componentes de producto como de los propios uitillajes de fabricacin con mltiples de combinaciones posibles, que demandan una gestin ordenada y un espacio de almacenamiento, con grave riesgo de obsolescencia. Esto supone costes de inmovilizado considerables, que las tecnologas de AM re-solveran 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.

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    Ilustracin 31: Piezas fabricadas a la vez que su embalaje

    3.7 nUevoS SeCtoreS eConmiCoS

    3.7.1 avatares personalizados

    El mercado de los videojuegos crece a nivel mundial con un ratio de dos dgitos porcentuales por ao. El volumen de ingresos en entretenimiento interactivo (sin contar jue-gos desde mviles) era de unos 25.000 millones de euros en 2007, y se supone que alcanz unos 36.000 millones de euros en 2009. Por otro lado se incrementa el tiempo que el usuario pasa con cada juego, de modo que se vin-cula emocionalmente con su personaje, al que hace evolu-cionar, ganar armas o habilidades y experiencia que se reflejan en su aspecto, equipamiento e imagen. Asimismo, se incrementa simultneamente la prctica de juegos on-line en Internet, lo que familiariza a los usuarios con ese medio y con el comercio electrnico.La personalizacin de los personajes que aparecen en los videojuegos es una tendencia cada vez ms popular, de

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    modo que el personaje virtual (avatar) se puede configurar con caractersticas propias del jugador, como el rostro, el color de pelo, complexin fsica (real o deseada), vesti-menta, etc. El personaje se convierte en un lter ego del jugador, un autntico smbolo de personalidad, una ver-sin de s mismo en un entorno digital. Es evidente que este entorno crea una nueva oportunidad de mercado: materializar ese avatar en una figura, por la que el jugador est dispuesto a pagar un buen dinero. Se trata sim-plemente de un complejo modelo 3D que, gracias a tecnolo-gas de AM, no resulta difcil reproducir. Se puede establecer una analoga con lo que antiguamente ocurra con productos como los cromos, tarjetas, posters, pegatinas, portadas de carpetas de anillas, y toda suerte de productos de merchan-dising, pero en la mayora de los casos carecan del factor de personalizacin, que ahora se puede satisfacer.En diciembre de 2007 Ed Fries, un ex ejecutivo de Micro-soft Corp., fund Figure Prints LLC, para aprovechar en alianza con Blizzard Entertainment (propietarios del famo-so juego World of Warcraft) las posibilidades de la tecno-loga de impresin 3D en color de Z Corporation. Confor-me los jugadores avanzan en el juego su personaje ad-quiere propiedades, armas y otros tems. Cuando el juga-dor entra en www.figureprints.com selecciona su personaje y los elementos de que dispone, diversas posturas pre-pro-gramadas y da la orden para