Impresión 3D: su uso en el diseño de producto
A menudo oímos por los medios de comunicación o redes sociales, que la impresión 3D ha estado revolucionando el mundo de la industria en las últimas décadas. Pero muchos, mirando a su alrededor se pueden llegar a cuestionar dicha épica proveniente de los medios, viendo que en su realidad cuotidiana ningún objeto con el que […]
A menudo oímos por los medios de comunicación o redes sociales, que la impresión 3D ha estado revolucionando el mundo de la industria en las últimas décadas.
Pero muchos, mirando a su alrededor se pueden llegar a cuestionar dicha épica proveniente de los medios, viendo que en su realidad cuotidiana ningún objeto con el que interactúan, está fabricado mediante técnicas de manufactura aditiva. El mouse que el lector está utilizando para hacer scroll down seguramente se habrá fabricado mediante inyección de plástico. El chasis o carcasa del MAC a través del cual uno puede estar leyendo estas líneas, mediante mecanizado de aluminio.
Así pues en las siguiente líneas, me gustaría desgranar en que escenarios tiene sentido utilizar la impresión 3D (fabricación por adición selectiva de material) en vez de métodos de fabricación tradicionales como los métodos sustractivos (fabricación mediante arranque de material como el mecanizado) o formativos (fabricación mediante utillajes o moldes, como la inyección de plástico).
Por Oriol Bertomeu, Design Engineer y Profesor del Máster Online en Diseño de Producto de LABASAD.
Los métodos de fabricación formativos están pensados para dar respuesta a volúmenes masivos de producción. Y cuando se trata de series cortas, la fabricación sustractiva es la adecuada por su bajo coste.
¿Entonces, como compite la fabricación aditiva con los métodos tradicionales? En bajo volumen de producción y complejidad geométrica.
La fabricación formativa, por la naturaleza intrínseca de disponer de un molde, siempre de coste elevado, no se será eficiente en la fabricación de series de producción cortas ya que el productor buscará la máxima amortización de este mediante la fabricación en masa de piezas. Uno podría pensar que, como alternativa tenemos las tecnologías sustractivas, pero su limitante es la reproducción de complejidad geométrica.
Hasta este punto, viendo que la impresión 3D nos brinda las ventajas de producir series cortas y alta complejidad geométrica, empecemos desglosando en que contextos tiene sentido implementar la fabricación aditiva.
ESCENARIO 1 – Modelos de representación y prototipos
El primer escenario se centra en presentar contextos de series cortas, argumentado en tres ejemplos distintos.
El primer caso se enfoca en el ámbito del diseño industrial. Todo diseñador de producto, como metodología, aborda sus proyectos con múltiples pruebas de concepto para un reto concreto. Estos conceptos empiezan como bocetos sobre papel y más tarde se traducen, mediante herramientas de modelado digital software 3D/CAD, a modelos digitales. Estas herramientas, aunque muy útiles para el óptimo desarrollo de un proyecto, les falta la experiencia aptica del tacto. Por este motivo, muchos profesionales del diseño materializan sus modelos conceptuales con el fin de validar distintos parámetros tales como proporciones o la ergonomía. Esta materialización, como serie de producción corta, se lleva a cabo mediante.
El diseñador industrial Jordi Plà lo puso en práctica en el proceso de diseño del premiado multibottle opener para la empresa WMF.
A la derecha, el modelo conceptual fabricado mediante impresión 3D de polímeros
A la izquierda modelo definitivo del multibottle opener. Fuente: Jordi Pla Studio
En el ámbito de la ingeniería mecánica, el uso de la impresión 3D también es útil en la fase de validación, mediante impresión de modelos técnicos que permitan validar la fase conceptual de una maquina sin tener que invertir en utillajes para la fabricación de estos, tales como moldes de inyección de plástico o moldes de arena para la fabricación de modelos por fundición. Un ejemplo es la empresa Vins Motors, fabricante de motocicletas de alta cilindrada, que apostó por fabricar ciertas piezas de su primer prototipo de motocicleta, la Duecinquanta Competizione, mediante fabricación additiva, justamente para ahorrar en el desarrollo de su primer modelo.
Modelo de motocicleta de carreras Duecinquanta Competizione
Fuente: Vins Motors
Para concluir con este apartado, otro entorno profesional que se ha beneficiado de la impresión 3D en el escenario de modelos de representación, han sido los hospitales. Mediante elementos de diagnóstico tales como los TAC (tomografía axial computada) se digitalizan órganos de pacientes, que posteriormente pueden ser impresos como modelos quirúrgicos para ser utilizados como herramientas de estudio y planificación para intervenciones. Esa misma metodología utiliza el hospital St. Joan de Deu en Barcelona, el cual a día de hoy ostenta una media de 200 intervenciones planificadas mediante impresión 3D. En este contexto, se trata de series muy cortas ya que los órganos son únicos para cada paciente y además de geometrías muy complejas difícilmente reproducibles en otras técnicas productivas.
Modelos de riñones fabricados mediante impresión 3D en el marco del proyecto Quirófam. Fuente: Quirofam Project / Fundació CIM
ESCENARIO 2 – Producción
En este siguiente punto repasaremos los escenarios en el que la fabricación aditiva se enfoca a la producción de productos funcionales.
El primer escenario se enfoca al mercado de producto personalizado, individualizado y a medida de cada usuario. Un ejemplo es la compañía española UNYQ, que fabrican covers para prótesis de pierna adaptadas a la medida de cada usuario. Se trata de un producto de bajo volumen de producción y alta complejidad decorativa. Ciertos diseños podrían llegarse a producir mediante mecanizado, pero se trataría de un alto derroche de material, en cambio mediante impresión 3D, solo se utiliza el material necesario para una producción optimizada.
Ejemplo de cover para prótesis de pierna de la empresa UNYQ
Fuente: UNYQ
El otro escenario a presentar sería el de producto especializado, que responda a una necesidad a solucionar muy específica. Un ejemplo de producto especializado en la industria serían los llamados grippers. Los grippers son pinzas o garras artificiales que se conectan a brazos de robot industriales con la misión de realizar tareas de agarre automatizadas.
Esquemática básica de pinzas neumáticas industriales.
Fuente: Tameson
Muchas veces las pinzas comerciales no se adaptan a la necesidad del proceso a automatizar debido a la divergencia entre geometría en las que interactuar. En este escenario, la impresión 3D puede dar solución gracias al hecho que permite realizar pinzas más complejas capaces de adaptarse a un mayor rango de geometrías.
Un ejemplo muy conocido es el gripper que desarrolló la empresa especializada en automatismos y neumática Festo y que bautizó como Bionic Handling Assistant. Su departamento de I+D, tomando de inspiración como los elefantes agarran geometrías amorfas, desarrolló su propia garra con la capacidad de adaptar-se a distintas formas geométricas.
Ejemplo del Bionic Handling Assisitant de Festo.
Fuente: Festo
Finalmente, el último escenario que me gustaría introducir justifica el uso de fabricación aditiva solo por su nombre, los elementos de alta complejidad. Se trata de productos que se han llevado al extremo de la optimización funcional, y que las únicas tecnologías de fabricación capaces de materializar la idea son las de fabricación aditiva. Se ejemplifica este escenario muchas veces con los canales de refrigeración de los moldes de inyección de plástico. Los moldes de inyección requieren de canales de refrigeración con el fin de disipar la temperatura del plástico fundido inyectado a presión, para solidificarlo y poder sacarlo del molde. Entre muchos factores, el tiempo de enfriamiento es importante ya que una menor demora se traducirá a una mayor cadencia de producción. Estos canales normalmente son agujeros rectos, mecanizados en el molde, y se entrecruzan entre si perpendicularmente. Esta metodología deja poco margen a la optimización de ciclo. Pero si recurrimos a la fabricación aditiva, podemos llegar a generar canales de formas orgánicas optimizados para maximizar la disipación de calor y ganar tiempo de ciclo.
A modo de ejemplo, la empresa especializada en la fabricación de moldes DME ofrece la posibilidad a sus clientes de optimizar sus moldes siguiendo esta metodología.
Todos los ejemplos de escenarios contemplados a lo largo del artículo son una pequeña muestra de todas las empresas u organizaciones que hoy en día ya están implementando la fabricación aditiva en su negocio. A medida que las tecnologías de impresión 3D se vayan refinando, nuevos escenarios de uso aparecerán y con ellos nuevas empresas verán el potencial en su adopción.
Oriol Bertomeu es profesor del Máster Online en Diseño de Producto de LABASAD. Si quieres más información sobre el Máster Online, puedes mandarnos un correo a [email protected] y nuestras asesoras estarán encantadas de atenderte.