Los estudiantes de ingeniería y diseño que ocupen posiciones directivas en el futuro tendrán una ventaja: sabrán sobre el potencial y los beneficios de realizar procesos de manufactura aditiva, también conocidos como ambientes de impresión 3D.
¿Qué es la manufactura aditiva y su utilización en la actualidad?
La manufactura aditiva es la tecnología que usa impresión 3D y que aplican muchos sectores de la industria para producir piezas pequeñas, como tornillos, pues permite reducir el costo de producción cuando el metal se puede sustituir por plástico.
Enrique Cuan Urquizo, profesor de la Escuela de Ingeniería y Ciencias del Tec e investigador del Institute of Advanced Materials for Sustainable Manufacturing cuenta que, hace casi dos décadas, a esta tecnología se le comenzó a conocer como proceso de “prototipado rápido” que permitía modelar un material capa por capa.
“Pero no nos imaginamos cómo iba a funcionar”, platica en entrevista con TecScience. “En el doctorado, conozco (las impresoras 3D) y hoy tengo alumnos que −incluso− tienen una impresora en su casa”, dice.
Además, permite producir refacciones por encargo, sin tener que dedicar toda una línea de producción a fabricar cientos de piezas que, quizá, no se utilicen en el mercado.
“Ya no es una tecnología a la que cierto experto tenga acceso en un laboratorio. Es una tecnología que ya puedes comprar”, explica.
Diferencias entre manufactura aditiva e impresión 3D
Los artículos de divulgación científica del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) hacen una diferencia entre «fabricación aditiva» e «impresión 3D», que llegan a utilizarse indistintamente.
De acuerdo con la información, la diferencia radica en que la manufactura aditiva es el ecosistema tecnológico para construir piezas o productos físicos a partir de datos digitales, en tanto que la impresión 3D es el proceso para formar dichos objetos.
Cuan Urquizo explica que los estudiantes que estudian el tema se benefician de aprender qué es la fabricación aditiva y cómo funciona la impresión 3D y, además, descubren cómo pueden aprovechar esta tecnología para impulsar ideas innovadoras.
“Las generaciones que ahora tienen puestos directivos en la industria, quizá aún les es lejana [la manufactura aditiva], pero en tanto las nuevas generaciones ocupen esas posiciones, entonces se comenzará a confiar en esta tecnología, porque ya han estado expuestos a la misma”, augura el profesor del Tec.
Manufactura aditiva…hasta en la sopa
Las aplicaciones posibles de la manufactura aditiva incluyen materiales aeroespaciales, de defensa y para el sector automotriz. Tienen una incursión importante en el sector médico para el desarrollo de prótesis, incluso, para la bioimpresión de órganos.
También la industria de los alimentos ha experimentado con esta tecnología para simplificar la logística de entrega de comida, extender la vida de anaquel, utilizar nuevos ingredientes y personalizar las dietas.
“Hoy se puede imprimir casi cualquier cosa, desde partes de aviones donde viajas a tus vacaciones, moldes dentales para mejorar tu sonrisa, hasta dulces o chocolates para regalar el 14 de febrero”, dice Cuan Urquizo en el artículo de divulgación científica Impresión 3D: bonita, pero ¿qué tanto resiste?
El investigador actualmente participa en el desarrollo de prótesis de cadera y busca el material adecuado para lograr un equilibrio entre el biodesempeño de la prótesis y las propiedades mecánicas −de resistencia o de flexibilidad− de las piezas que se impriman.
“En biomedicina, el desafío es que la pieza sea más cómoda para el desempeño que se requiere y eso es complicado de lograr con la manufactura convencional”, cuenta.
Diseño basado en la naturaleza
Durante la pandemia de Covid-19, el profesor Cuan Urquizo se compró un microscopio con proyección digital para poder ver la composición de todo lo que vive en su jardín.
“Hacer diseño basado en la naturaleza ofrece soluciones a problemas a los que los ingenieros nos estamos enfrentando, por ejemplo, el aprovechamiento óptimo de un material”, comenta sobre su pasatiempo.
“Una de las ventajas que tiene la manufactura aditiva es agregar el material donde lo necesitas. Como ocurre en la naturaleza. Si tu abres un tronco o ves el interior del hueso, ves una porosidad que combina porosidad con materia. La naturaleza no se equivoca. Esa cantidad de material utilizada cumple con su objetivo”, añade.
Impresión de metales
El Tec de Monterrey es una de las instituciones educativas que cuenta con un laboratorio de impresión 3D para metales. Tiene una impresora capaz de fabricar componentes con acero inoxidable y aleaciones de titanio.
Cuan Urquizo advierte que existen distintas industrias que demandan manufacturar metales y generar geometrías complejas.
Las impresoras que utilizan polímeros o plásticos derriten el material y lo van añadiendo en capas. En cambio el proceso de impresión de metales implica solidificar el polvo o pegar sus partículas con láser.
Se necesitan estándares para adoptar tecnología 3D
“Estamos en un momento en que la industria debe de confiar en la tecnología (aditiva)”, pide Cuan Urquizo, quien considera que la investigación México va a la par de otros países.
“Lo que sucede en otros países es que los desarrollos (de la industria) van de la mano de la investigación en la academia. La industria está involucrada en estos desarrollos. En México, van por separado. Eso crea esa desconfianza que es resultado de la desinformación”, añade.
El investigador advierte que hay esfuerzos de divulgación para que la industria empiece a conocer el potencial de la tecnología aditiva, pues solo las empresas que tienen contacto con el extranjero son las que están familiarizadas con estos desarrollos.
“Hace falta estandarizar muchas cosas. Una industria comienza a confiar en algún proceso, cuando ya está estandarizado”.
Ventajas de la manufactura aditiva
¿Cuáles son las ventajas de la manufactura aditiva? Dariel Téllez, ingeniero investigador de Manufactura Aditiva en Siemens, compartió los retos y ventajas de esta tecnología y su adopción por la compañía, durante su charla en el Segundo Congreso Internacional sobre Materiales Avanzados y Manufactura Aditiva organizado por el Institute of Advanced Materials for Sustainable Manufacturing.
El ingeniero narró la experiencia de Siemens con este tipo de manufactura y el impacto positivo que ha tenido dentro de la empresa, así como los retos que presenta el concientizar y aplicar esta tecnología.
Manufactura aditiva ventajas
Siemens es una empresa internacional que trabaja en el desarrollo de productos y materiales y tiene diversas divisiones como la de infraestructura inteligente, donde labora Téllez.
Esta división se dedica −principalmente− al desarrollo de productos para satisfacer las demandas del mercado y utiliza, en su mayoría, procesos de manufactura largos y con múltiples etapas, desde el diseño hasta la creación de prototipos funcionales.
El investigador explica que adoptar la manufactura aditiva no es un proceso sencillo y no siempre es necesario, ya que existen formas de crear productos de manera tradicional que resultan más económicos y están estandarizados, sin embargo existen situaciones en las que la nueva tecnología resulta esencial.
Por ejemplo, compartió algunos casos en los que Siemens utilizó esta tecnología; una de ellas debido a la falta de nylon, que podía acabar con el inventario de un cortacircuitos de alto voltaje y que podía detener su línea de producción.
Otra, para reducir a la mitad el tiempo de prototipado de un cortacircuitos de uso residencial que tardaba 11 meses en desarrollarse y logró reducirse a cinco meses.
Algunas de las ventajas señaladas por el experto incluyen la creación de prototipos de manera acelerada, veloz y con menos trabas durante el proceso.
La personalización es otra de ellas, al otorgar una mayor libertad en el diseño y creación de las piezas, así como la posibilidad de combinar diversas piezas en una sola, evitando el proceso de ensamble y garantizando las mismas o incluso mejores características.
De igual manera, permite una manufactura de piezas o componentes usualmente inusuales o complejos, que, de manera tradicional, sería muy complicado o imposible de realizar.
Sin embargo, añade que es importante concientizar sobre el uso de esta tecnología, evitando que los directivos y líderes de empresas teman aplicarla en sus procesos.
Otro de los retos es la calidad y certificación de las piezas y procesos manufacturados, ya que existen programas de verificación especiales para materiales y piezas impresas con tecnología 3D, haciendo que el proceso sea monitoreado en intervalos regulares de tiempo por laboratorios independientes.
“Esto está comenzando y estamos estableciendo múltiples sinergias con la industria y las universidades para seguir realizando investigaciones”, agregó.
