REVISTA DE INGENIERIA DYNA

Actualmente, en automoción, la fabricación aditiva se sigue utilizando casi exclusivamente para prototipos y piezas de pequeño volumen, pero esta situación se quiere cambiar. Se intenta llevar la AM a la fabricación en grandes series, convirtiéndola en una tecnología económicamente viable para la producción de piezas en automoción.

Para ello se necesitan diseños de producto que aprovechen las ventajas específicas de la AM y que además se puedan fabricar de forma económica, para ampliar las series de unas docenas a por lo menos un millón al año. Hasta que se pueda romper esta barrera de un millón de piezas, la fabricación aditiva seguirá topando con un callejón sin salida.

Hay cinco grandes impedimentos que se interponen entre este objetivo y la realidad: Tres aspectos técnicos en los que la pregunta es ¿se puede hacer?; y dos económicos bajo el dilema de ¿Debemos hacerlo?

• Tamaño de la máquina: La mayoría de las máquinas de bancada, de fabricación aditiva con polvo metálico, solamente pueden fabricar piezas de hasta 400 mm de lado. Esto solamente cubre unas pocas piezas que se puedan hacer completas. Además, para los componentes pequeños, el tamaño de la máquina solo permite fabricar de cinco a diez a la vez. Esto está muy lejos del millón, considerando además el tipo de grandes piezas fundidas y estampadas que se usan en automoción.
• Precisión: El coste de la tecnología de AM ya es elevado de por sí, añadiendo el coste de la mano de obra y los gastos de pos-tratamiento el precio de la tecnología es demasiado alto. Hasta que la AM no pueda crear piezas precisas con una necesidad mínima de tratamiento posterior, no será económicamente viable para la producción de piezas de automoción a gran escala.
• Materiales: La mayoría de los materiales que se utilizan hoy para la AM están orientados a la industria médica o aeroespacial, donde el bajo volumen (a menudo piezas unitarias en el campo médico) y la estructura de costes pueden justificar utilizar como aditivo aleaciones costosas.

Se necesitan importantes desarrollos en materiales para cubrir las grandes series que se usan en automoción. Este es el grueso del trabajo que se está desarrollando actualmente en GM Investigación & Desarrollo –dice Anil Sachdev–: desarrollar materiales de menor costo que, al procesarse con los métodos de AM disponibles, cumplan los requisitos de comportamiento. Las aleaciones actualmente existentes han sido diseñadas para moldeado o forjado y no es fácil que permitan aprovechar los rápidos cambios de temperatura que se producen en los procesos de AM.

- Producción: En la actualidad, la AM es demasiado lenta para las series de automoción y no puede competir con los tiempos que se consiguen con otros métodos de fabricación. Una prensa de estampación puede producir una pieza cada seis segundos, mientras que la fabricación aditiva tarda varias horas en producir un lote de piezas pequeñas.
- Coste: Como industria de alto volumen y orientada al consumidor, el coste es un factor importante para la industria de automoción. Por ejemplo, la fundición por molde puede combinar muchas piezas (igual que la AM), pero es casi dos órdenes de magnitud más barata. AM tendrá que competir con procesos que se han venido optimizado en los últimos 50 años y aportar un valor añadido para sustituirlos.

Todas estas cuestiones no pueden ser abordadas por una sola entidad, ni siquiera por un solo sector. Mientras que los fabricantes de máquinas están mejor posicionados para continuar tratando temas como el tamaño y el rendimiento, el enfoque de GM como entidad de automoción se centra actualmente en el desarrollo de materiales y procesos. Por ejemplo, se está investigando el desarrollo y los procesos de fabricación de polvos metálicos en función del nivel de producción, lo que, con las técnicas de modelización avanzadas de las que disponemos, ayudará a abordar y superar los impedimentos actuales de la fabricación aditiva.

El polvo metálico no es nuevo en el sector de la automoción: se vienen utilizando unas 300 toneladas métricas al año en Norteamérica y está reconocido como una solución óptima a la hora de crear piezas complejas y con muchos detalles, que casi no necesitan post-procesamiento. El cambio de piezas una por una, no será suficiente para reemplazar estos procesos muy bien asentados. El motor para la proliferación de la AM en el sector de automoción se basará en nuevos diseños agresivos que superen el ámbito de la fabricación tradicional y que proporcionen un beneficio clave de rendimiento.

La importancia de añadir valor

El verdadero escollo para la fabricación aditiva es su propuesta de valor. Incluso teniendo en cuenta las mayores capacidades de diseño de la fusión de polvo metálico, las ventajas no compensan el coste de la AM para un número medio o grande de componentes. Para ser adoptado como un pilar en la industria, AM necesita crear un mejor valor que nuestros procesos actuales. Estamos intentando encontrar aplicaciones para AM que tengan sentido en grandes volúmenes, algo en lo que estamos trabajando.

Veamos la evolución de la lata de bebidas como un ejemplo de cómo puede progresar este viaje. El diseño original de este contenedor de uso diario era un cilindro de acero de tres piezas. En aquel momento, el aluminio -aunque más ligero- era demasiado caro para ser considerado una alternativa. Buscando mejorar las latas, la industria de bebidas invirtió en la investigación de nuevos materiales y procesos. A medida que la tecnología evolucionó, fueron capaces de crear una lata de dos piezas más ligera utilizando el reciclaje en circuito cerrado. Finalmente, a pesar de ser un material más caro, el aluminio sustituyó al acero, convirtiéndose en un material de consumo habitual porque sus propiedades añadían valor al proceso y al producto. Sus beneficios superaron a su costo. 

Un esfuerzo colectivo

Superando sus impedimentos técnicos y económicos, AM puede lograr resultados similares. Al igual que la lata de bebidas, la transformación de la fabricación aditiva no se puede lograr por una sola entidad: se necesita colaboración entre industrias para permitir la producción de grandes volúmenes y continuar desarrollando nuevos materiales. Para impulsar la innovación e necesita una cooperación multidisciplinar en la que todos los proveedores y fabricantes de equipos originales (OEMs) deben participar, así como las empresas de automoción, start-ups e instituciones de investigación, teniendo en cuenta las fases de diseño, modelización del comportamiento, construcción y final del viaje.

Colectivamente podemos transformar la AM en una tecnología más viable para la industria de automoción. Mapeando los elementos de este “viaje” contra los cinco impedimentos que necesitamos superar, podemos empezar a desarrollar una hoja de ruta que lleve a la AM desde la creación de prototipos hasta la producción de series grandes.

La necesidad de normas

A medida que nos acercamos a la solución, la necesidad de normas está empezando a surgir. Sin embargo, en lugar de vaciar de contenido el proceso anticipándose a lo que pueda requerirse, las normas deben evolucionar colectivamente en toda la industria como respuesta a lo que se necesita.

Por ejemplo, ya se está pidiendo un nivel de estandarización para que los proveedores de polvo puedan trabajar con diferentes fabricantes de máquinas. Con los cientos de millones de piezas que se necesitan cada año, no es sostenible para cada fabricante de máquinas tener su propio polvo único; los requisitos de volumen de la industria de automoción no lo permitirán.

Los estándares de polvo son sólo la punta del iceberg. Al correr la voz y comunicar lo que se requiere, la industria puede trabajar en conjunto para apoyar la evolución de AM y romper la importantísima barrera del volumen de un millón de piezas.