Allanar el camino para una revolución de la impresión 3D en Europa
La fabricación por adición es el nombre de producción industrial para la impresión 3D, un proceso controlado por ordenador que crea piezas 3D depositando materiales en capas. Este proceso transformador ofrece una libertad de diseño ilimitada y unos niveles de integración funcional de los dispositivos sin precedentes, al tiempo que utiliza menos energía y materias primas y genera pocos residuos. A pesar de su potencial, los procesos y materiales aditivos no aún no están lo suficientemente maduros para sostener toda una industria. Sencillamente, la impresión de piezas por capas no ha alcanzado la velocidad, la precisión y la escala necesarias para sustituir los métodos de fabricación tradicionales. Aquí es donde entra en juego PAM^2. Este proyecto financiado por las Acciones Marie Skłodowska-Curie abordó todo el espectro del desarrollo de la fabricación por adición, desde el diseño y la modelización del producto hasta la fabricación, la evaluación de la calidad y la inspección final para permitir la creación de diseños más precisos y detallados.
Mejores herramientas de diseño y modelización
Centrándose en la fusión de lecho de polvo con láser, una técnica de fabricación por adición que utiliza un láser para fundir y fusionar el material a fin de formar un objeto 3D, los investigadores catalizaron la acción en múltiples frentes. Un modelo térmico de nuevo diseño, denominado «detector de puntos críticos», ayudó a identificar las zonas de concentración de calor. Se utilizó un modelo en régimen estacionario para integrar las restricciones de la fabricación por adición en los métodos de optimización de la topología para, en última instancia, generar diseños robustos que no sean propensos al sobrecalentamiento. El modelo permitió a los investigadores elaborar diseños mejorados de moldes para juguetes de construcción, como los bloques de LEGO, y estructuras de soporte. Al combinar los modelos dinámicos de termofluidos y los modelos de elementos concentrados, se redujeron considerablemente los tiempos de simulación del proceso de fabricación por adición con metales, disminuyendo así el tiempo de desarrollo del producto. A partir de la modelización del proceso a diferentes escalas de longitud, los investigadores descubrieron que unas velocidades de barrido mayores conducen a unas velocidades de enfriamiento más altas y generan tamaños de grano más finos, lo que mejora la resistencia mecánica de las muestras. Los estudios también mostraron cómo los cambios morfológicos en la zona de depresión (una cavidad inducida por la presión de retroceso de la evaporación del metal) afectan a la absorción del láser. Por último, se utilizó un nuevo modelo a escala para predecir las tensiones y deformaciones residuales.
Estrategias de proceso y técnicas de metrología avanzadas
El uso de un control estadístico del proceso y de la regresión cuadrática ofreció predicciones más fiables sobre los parámetros de las piezas metálicas que, a su vez, proporcionaron información correctiva para la fase de diseño de las piezas impresas en 3D. Las ondas de choque inducidas por láser y los métodos de refundición contribuyeron a mejorar la calidad de la superficie de metal, mientras que la ablación láser mejoró la precisión de los bordes. Las actividades del proyecto también se orientaron al desarrollo de herramientas de metrología mejoradas para la inspección durante y después del proceso. Los investigadores probaron nuevos métodos de control óptico del baño fundido y un sistema compacto de variación de enfoque para realizar evaluaciones de calidad en el proceso. También experimentaron con un sistema de tomografía computarizada de rayos X con microfocalización y con técnicas de perfilometría de proyección de franjas para el posprocesamiento de piezas metálicas impresas en 3D. Las tecnologías de fabricación por adición están evolucionando a gran velocidad. Un número cada vez mayor de empresas está cambiando su producción a la fabricación por adición o añadiéndola a la mezcla. Los nuevos procesos que se están desarrollando y una creciente gama de materiales para producción abren un amplio abanico de posibilidades. «La fabricación por adición simplifica el diseño y la fabricación de dispositivos ligeros y personalizados para su uso en la sanidad, la automoción, la industria aeroespacial y otros sectores. Podría ofrecer a Europa la posibilidad de aumentar su reducida cuota industrial por encima del 20 % del producto interior bruto», concluye Ann Witvrouw, coordinadora del proyecto.
Palabras clave
PAM^2, fabricación por adición, diseño, metal, metrología, impresión 3D, en proceso, después del proceso, fusión de lecho de polvo
