Cómo implementar manufactura aditiva en la industria automotriz

El 29 de septiembre de 2020 se celebró un webinar en Clúster Industrial, gracias a la participación de CIDESI y de sus miembros: Arturo Gómez Ortega, catedrático CONACYT, y Diego Germán Espinosa Arbeláez, gerente de recubrimientos y aleaciones dirección de ingeniería de superficies. Durante su participación explicaron qué era la manufactura aditiva y cómo se podía integrar como pieza clave de la industria automotriz.

Al inicio, Arturo cuestionó al público online sobre ¿qué es la manufactura aditiva? y que nace de un diseño digital que se imprime en 3D en distintos materiales. Agregó, que actualmente ya hay una gran variedad de procesos disponibles en el mercado que se están utilizando en distintas industrias como la gastronómica, médica, decorativa y por supuesto la automotriz.

Arturo dijo que el diseño que se optimiza a través de la manufactura aditiva para aprovechar todo su potencial. Además, informó que durante la creación de la pieza es fundamental revisarla constantemente, evaluar la calidad de la impresión, verificar la estructura de la pieza y validarla. Además, los postprocesos requieren de tratamientos, limpieza del material, revisar el acabado superficial y la funcionalización impresa.

Tecnologías de Manufactura aditiva

Arturo explicó que existen 7 procesos, de los cuales 2 están directamente relacionados con los metales, es decir producen piezas que pueden acoplarse a la industria y otros 2 sirven para hacer bases de piezas, pero que todas las tecnologías ayudan a la producción indirecta.

Powder Bed Fusion es la producción mediando la cual se van agregando capas de polvo metálico para diseños milimétricos. Es perfecta para realizar piezas que serían imposibles para la manufactura convencional.

Laser Metal Deposition es la fusión directa por láser de metal en forma de alambre o polvo. Sirve para la reparar piezas, generar manufactura o adaptar componentes.

La Wire and Arc additive manufacturing funciona para piezas de mayor tamaño, ya que no hay desperdicio de material, es menos costosa y puede ser utilizada para la reparación.

Manufactura híbrida es la unión de la manufactura aditiva y la sustractiva. Sirve para trabajar el acabado de una pieza, es decir, solo les da forma a estructuras muy precisas.

Libertad de diseño

Entre las ventajas que tiene la manufactura aditiva, explicó Arturo, está la construcción de piezas complejas en geometría y cuyo diseño eficiente mejora la integración. Además, estas pueden ser personalizada y permiten, al reducir procesos de producción, minimizar costos de fabricación, ahorrar energía en maquinaria y tener una respuesta más inmediata. Además, la manufactura aditiva permite la producción de series pequeñas. La optimización de esta producción permite reducir la masa sin sacrificar la estructura; se puede mejorar el diseño para que este se adapte al ensamblaje o integrar nuevos materiales que permitan mejorar o aumentar las funciones del componente.

Usos

La manufactura aditiva se puede utilizar en la industria automotriz para ser remplazo directo de algún componente, adaptar alguna innovación, fabricar piezas que ya están descontinuadas, incurrir en nuevos diseños. Se está utilizando principalmente para generar componentes más ligeros, económicos y seguros. También se puede personalizar el exterior de un vehículo.

Diego, por su parte, explicó más sobre CONMAD y la relación que tiene con CIDESI, así como la forma en la que trabajan y lo que pueden esperar de ellos los prospectos de clientes. Inició su participación diciendo que CONMAD es un centro para que las empresas puedan encontrar un nicho que genere manufactura aditiva, ya que este es capaz de evaluar la aplicación y dar asesoramiento de dicha tecnología a las empresas. La idea es convertir las ciencias en arte productivo. Agregó que CONMAD es un consorcio de segunda generación apoyado por CONACYT, CIDESI, CIATEC y Gobierno de Querétaro.

Diego continúo explicando el funcionamiento de la ingeniería inversa. Esta permite capturar la información relevante de un sólido para rediseñar su ingeniería, trabajar en la estructura interna, elegir materiales y realizar un remplazo directo de la pieza al proponer un nuevo diseño con nuevos materiales que optimicen su uso, aligeren su peso y aumenten su tiempo de vida. Diego aprovechó el tiempo en pantalla para comentar que CIDESI se encuentra apoyando en la fabricación de uno de los ventiladores mexicanos que lidian con la COVID-19, y que están haciendo uso de la ingeniería inversa para trabajar en el proceso de energía.

Para la industria automotriz, la manufactura aditiva también sirve para recuperar las dimensiones perdidas de un eje por el uso, generar piezas más confiables a la hora de operar, trabajar con materiales como aceros al carbón, aceros inoxidables, aleaciones de aluminio o titanio. Lo importante del proceso es generar una pieza que sea tolerante para la industria, por ejemplo, esta necesita de recubrimientos que la manufactura aditiva puede proporcionar para aumentar la dureza y reducir la fricción. Ford ya está utilizando estos procesos de recubrimientos.

Diego comentó que CIDESI desarrolla y optimiza productos muy concretos, no hacen producciones en masa. Lo importante para su equipo es identificar en dónde y cuándo se puede aplicar la manufactura aditiva. Agregó que CIDESI tiene expertos en visión e inteligencia artificial, simulación de materiales, mecánica de sólidos, dinámica de fluidos computacional, procesos de manufactura láser, diseño y caracterización de materiales.

Por otra parte, Diego explicó que las soluciones de CIDESI son versátiles para el cliente, buscan proyectos especializados, ya que para ellos no es solo tener la máquina para impresiones 3D; lo importante es tener un equipo que apoye durante el diseño, el proceso de la pieza, que cuide el control de la calidad y que sea capaz de reacondicionar piezas de alto valor para apoyar al crecimiento de las empresas. Por ello, CIDESI busca conocer al cliente para darles la mejor estrategia.

Preguntas y respuestas

¿Cuáles son los principales factores que incrementan el costo en la manufactura aditiva con respecto a la manufactura tradicional?

Existen muchos factores a considerar. La manufactura aditiva necesita mayor inversión en diseño para sacar todas las ventajas posibles, por lo que la manufactura aditiva es más costosa.

¿La manufactura híbrida debe trabajar en la misma atmósfera que la tecnología aditiva?

Se trabaja en la misma celda o equipo CNC, la atmosfera se usa solo durante el depósito del material, cuando se hace el maquinado se puede interrumpir esta atmosfera y utilizar lo que el maquinado requiere.

¿Cuáles son los programas más usados para dichos trabajos?

Depende la aplicación, para el diseño es útil cualquier software que te permita modelar en 3D. Existen algunos que se están actualizando para diseños más complejos y orgánicos, incluyendo herramientas de optimización topológica. Existen, además, softwares específicos para cada máquina de impresión por fabricante.

Para más información pueden contactar a Arturo Gómez Ortega y Diego Germán Espinosa Arbeláez a través de sus mails: diego.espinosa@cidesi.edu.mx y arturo.gomez@cidesi.edu.mx