Nuevas Tecnologías para la Fabricación de Series Cortas

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1 Nuevas Tecnologías para la fabricación de series cortas ProyectoINNOEMPRESA: INCORPORACIÓNALPROCESODEDISEÑODENUEVASTECNOLOGÍAS PARALAFABRICACIÓNDESERIESPEQUEÑASECONÓMICAMENTEVIABLES Gijón, 19 de julio de 2011

2 NuevasTecnologíasparala FabricacióndeSeriesCortas CONTENIDO 1 INTRODUCCIÓN MOTIVACIÓNDELPROYECTO LAFABRICACIÓNDESERIESCORTAS...7 Delprototipadorápidoalafabricacióndirecta...7 Masscustomizationofabricaciónpersonalizadaenmasa...8 Reduccióndeltamañodellote...10 Cálculoviabilidadeconómica:FabricaciónAditivavs.Procesosconvencionales TECNOLOGÍASDEFABRICACIÓNDESERIESCORTAS TECNOLOGÍASADITIVASADDITIVEMANUFACTURING(AM)...16 LastecnologíasdeAMfabricancapaacapa...19 Estereolitografía(SLA)...22 Sinterizadoláserplástico...23 SinterizadolásermetalSLS...26 FabricaciónrápidademoldesRapidTooling...30 Polyjet(Objet)...31 Impresoras3DZCorp...35 Fuseddepositionmodeling(FDM) TECNOLOGÍASSUSTRACTIVAS...42 MecanizadodealtavelocidadHighSpeedMilling(HSM)...42 Mecanizadoconrobot...46 Micromecanizado TECNOLOGÍASDEMOLDEO...52 ColadaalvacíoVCSoMCP...52 Moldeorápidoparainyección...55 ReactionInjectionMoldingRIM...57 Microfusión TECNOLOGÍASDECONFORMADO...61 DeformaciónincrementaldechapaDielessForming CADENADEVALORENLAFABRICACIÓNDESERIESCORTAS Procesodediseño...64 Postprocesado...65 Controldecalidad/Metrologíadimensional...68 TECNOLOGÍADEAPOYOALAFABRIACACIÓNDESERIESCORTAS...70 Software.SistemasparamétricosCAD3D...70 SofwareCAD/CAM...72 Ingenieríainversa...73 CASOSPRÁCTICOS...79 Página2de96

3 NuevasTecnologíasparala FabricacióndeSeriesCortas Casopráctico1:DropSens,S.L...79 Casopráctico2:CYMES.SL...83 Casopráctico3:AdeleRobots,S.L...85 Casopráctico4:EquiposMédicoEstéticosdelNorte,S.L.L.(Norlitec)...87 Casopráctico5:MICRUXFLUIDIC...89 Casopráctico6:ADITASS.L CONCLUSIONES ENLACESDEINTERÉS GLOSARIODETÉRMINOS...96 Página3de96

4 NuevasTecnologíasparala FabricacióndeSeriesCortas 1 INTRODUCCIÓN. Enlosúltimosañoselmundodelastecnologíasparaeldiseñoyfabricacióndepequeñas series,piezasúnicasyparalapersonalizacióndelosdiseñosyfabricaciones,haestadoen constanteevolución.muchasdeestasinnovacionescontinuassehanvenidoproduciendoenel mundodelastecnologíasdefabricacióncapaacapa,quesemostraránenestaguía,peroen paraleloaelloeldigitalizadotridimensionalyelsoftwareasociadoparalacreacióndemodelos CAD3Dmedianteingenieríainversa,oelentornodelastecnologíasavanzadasdearranquede viruta(mecanizado),nosehanquedadoatrás.apesardeestaconstanteevoluciónseha constatadoqueelsectorindustrialasturiano,especialmenteaquelrelacionadoconlaspymes, noestáhaciendousodetodaslasposibilidadestecnológicasqueselepresentanenelámbito delafabricaciónydiseñodepiezasúnicasypequeñasseriesalahoradecompetirenigualdad conotrasempresas. LaaplicacióndelasNuevasTecnologíasanteriormentedescritasproporcionanalasempresas unaseriedeventajascompetitivasfácilmentevalorables,enbasea: Reduccióndelnúmerodecomponentesdelproductooservicio. Reduccióndeltiempoycostedefabricacióndecomponentes. Reduccióndecostesporcambiodediseño. Diseñorobustoencalidad. Reducirloscostesdefabricación. ConocimientodeDiseñoparafabricaciónmediantenuevastecnologías. Reducirengeneraleltiempodedesarrollo(timetomarket ) Mejorarengeneral: Página4de96 o Elcosteglobaldelproducto o Eficienciaenelmontajeylafabricación o Satisfaccióndelosclientes o Calidaddelproducto o Ciclosdelanzamientos timetomarket o Númerosdecambiosdepostlanzamiento Unadelastendenciasactualesessinlugaradudaslapersonalizacióndelproductoyun enfoquemuydirigidoasectoresconcretosdelapoblación,yaqueelprocesodedesarrollode unnuevoproductoescadavezmenor,aligualqueeltiempodemadurezdeesteenel

5 NuevasTecnologíasparala FabricacióndeSeriesCortas mercado,producidoporlagranvariedaddeproductossimilares,quepuedenofrecerempresas competidoras,factoresquejuntoconlaactualcoyunturaeconómica,ylaglobalización,hace quecadavezseanmenosrentableslastiradasdemillonesdeproductos. Sonmuchaslasempresasquebuscansolucioneseficacesdefabricación,tantotécnicacomo económicamenteviableylaproblemáticacomúnqueencuentranenlométodostradicionales defabricaciónsueleserlamisma,lanorentabilidadenlafabricacióndeseriescortas.estaguía incorporaunavisióngeneraldelastecnologíasquepuedanayudaralasempresasindustriales aencontrarsoluciónadichacuestión. Página5de96

6 NuevasTecnologíasparala FabricacióndeSeriesCortas 2 MOTIVACIÓNDELPROYECTO Lapresenteguíaseenglobadentrodelproyecto INCORPORACIÓNALPROCESODEDISEÑODE NUEVAS TECNOLOGÍAS PARA LA FABRICACIÓN DE SERIES PEQUEÑAS ECONÓMICAMENTE VIABLES lideradoporfemetalyconlacolaboracióndelafundaciónprodintec,financiado porelidepadentrodelaconvocatoriainnoempresa2011. ElproyectoestáenfocadoaqueseproduzcaunacercamientoentrelasPYMESmanufactureras asturianasylasnuevastecnologíasquepodríanayudarlasadiseñaryfabricarpiezasúnicasy seriescortasdepiezas,auncosteasequible. Aquellasempresasqueporsuproductoomercadotienenquefabricarpiezasúnicasoseries cortas,seencuentranantelaproblemáticadequelosmediostradicionalesdeproducción partendelsupuestodeunelevadonúmerodetirada,haciendoquelospreciosdeestosmedios noseancompetitivos. La novedad que presenta el proyecto se cifra precisamente en introducir este tipo de innovaciónenelsectorindustrialasturiano.aesterespectohayquedestacarademásquepara muchoscasosdetecnologías,éstapuedesertambiénlaoportunidaddedemostrarqueson económicamenteviablesfrenteaprocedimientostradicionales,inclusoparalasmáspequeñas empresas,yaquemuchasveces,lajustificacióndeestastecnologíassehaceenbaseacasosde aplicaciónparagrandesempresas. Conesteproyectosebuscapromoveractividadesdeinnovaciónenlaspequeñasymedianas empresasparausaryposteriormenteimplementartantoensusprocesosdediseño/desarrollo deproductocomoenlosprocesosproductivos,nuevastecnologíasquelasayudenafabricarde maneraeconómicamenteviablespequeñasserieseinclusopiezasúnicas. ElobjetivoprincipaldelproyectoesportantoquealfinalizarelmismolasPYMESparticipantes seancapacesdeseleccionarlamejortécnicadisponibleparadiseñaryllegarafabricarsus productosenelmenorplazoposible,optimizadosfuncionalmenteyaunpreciocompetitivo dependiendodeltamañodelaserieafabricar. Paraconseguiresteobjetivoúltimoseplanteanunaseriedeactividadesquesehanplanificado deacuerdoaunaseriedeobjetivosespecíficosdelproyecto: Facilitar a las PYMES el conocimiento de nuevas tecnologías para el diseño y la fabricacióndepequeñasseriesypiezasúnicas. Hacer reflexionar a las PYMES acerca de sus necesidades concretas en relación a optimizarloscostesdediseñoyfabricacióndeproductosconseriesdepocasunidades. Acercar, mediante experiencias reales de aplicación, a las PYMES al uso de estas tecnologías. Generarunaguíaquesirvadereferenciaafuturasnecesidadesenesteámbito,tantode laspymesparticipantes,comoengeneraldetodoelsectorindustrial. Página6de96

7 NuevasTecnologíasparala FabricacióndeSeriesCortas 3 LAFABRICACIÓNDESERIESCORTAS Delprototipadorápidoalafabricacióndirecta EsnecesariohacerreferenciaalastecnologíasdeprototipadorápidooRapidPrototyping,por serelpuntodepartidaylaevoluciónnaturalenmuchoscasosdelosdesarrollosquehan permitidoevolucionardepoderfabricarprototiposapiezasfuncionales,principaldiferencia entreambosconceptos. Además,lastecnologíasdeprototipadorápidoestánpensadasparaapoyarenlafasedediseño deproductoeldesarrollodelosmismos,permitiendodisponerenpocotiempodeunmodelo físicoquepermitarealizardistintasfuncionesdevalidación,marketing,fabricabilidad, pero sinolvidarquecongranprobabilidadelprocesodefabricaciónfuturodedichodiseñoseaun procesoconvencional,porloqueeldiseñoestarápensadoparaelloynosepodráexplotar todaslasventajasquelosprocesosdefabricaciónaditivapermitenencuantoalalibertadenel diseño. Mediantelastécnicasdeprototipadorápido,losobjetossoncreadosdirectamenteapartirde unmodelocad3ddeunmodosimilaraunaimpresoraconvencionalperoen3dimensiones. EstoseconsiguemedianteseccionesbidimensionalesdiscretastomadasdelficheroCAD3D(se utilizansoftwareespecíficamentecreadosparaestaaplicación)ymedianteladeposicióndeun material,elsinterizadoolaunióndepolvosocambiandoelestadodeunaresinafotosensiblea laluzultravioleta(uv)seconsigueirformandolapiezacapaporcapahastaobtenerelobjeto finaldeseado. Elespesordelascapasvaríadependiendodelprocesoautilizarypuedeirdesdelas16micras hastalas200micras.esteparámetroesmuyimportanteyaqueporunaparteinfluyeenla velocidaddefabricacióndelapiezayporotrapartedefineelmejoropeoracabadosuperficial ytoleranciadelaspiezas. Elprototipadorápidoseutilizacomovalidadordelosproductosenfasedediseñodemanera que distintos componentes del equipo de lanzamiento de un nuevo producto pudieran optimizareltiempoylafiabilidaddelprocesodecreacióndeunnuevoproducto. El prototipado rápido ayuda de gran manera a estudiar la manera óptima de fabricar el productoenelfuturo,pudiendoreorientarsudiseñoaoptimizacionesqueenelfuturoeviten problemasdurantelavidadelproducto. Desde el diseñador, que puede disponer de una modelo físico previo al lanzamiento de cualquierutillajedeserieparacomprobardistintosaspectoscríticosdelproductoquenoson posiblesdecomprobarenelmodelo3d,hastalosintegrantesdelequipodeindustrialización finaldelproducto,dondeeldisponerdeunosprimerosmodelosfísicosenfasestempranasde desarrollodelproductoesdegranayuda. Todoellopasandoporelequipodeensayos,dondeseaceleralaposibilidadderealizarensayos enlafaseinicialdelproductoyrediseñarenfuncióndelosresultados. Página7de96

8 NuevasTecnologíasparala FabricacióndeSeriesCortas Duranteestosúltimosañossehandesarrolladoestetipodetecnologíasquehanapoyadoen granmedidaellanzamientodeestosproductosenaquellasempresasquehanvistodesdeun principioenestastecnologíasunagranventajacompetitivaparalareduccióndellanzamiento deproductosalmercadootimetomarket. Nosolamenteenesteámbitoindustrial,sinotambiénenotroscampos,elprototipadorápido se ha ido introduciendo de manera paulatina y ganando adeptos allá donde se iba introduciendo. Suutilizaciónseextiendeenmuchosámbitos,desdelafabricacióndeunprototipofuncional, hastalavisualizacióndeunnuevoproductocomomodelodemarketing.sectorescomola medicina, posibilitando a los médicos, cirujanos, dentistas, la posibilidad de disponer de modelos físicos para la preparación de operaciones, diseño de implantes, joyería, arquitectura, hanidoencadacasoysegúnsusnecesidadesadaptandosuformadetrabajara laposibilidaddeutilizarestasnuevastecnologías. Perosiemprehablandodeprototipos(piezasnofinalesyporlotantonofuncionales).Como comentábamosanteriormentelaevolucióndelatecnologíaseestádirigiendohaciaunnuevoy apasionantemundodelafabricacióndirecta,esdecir,delaposibilidaddefabricarlaspiezas finales(yporlotantofuncionales)directamentedelficherocad3dsinnecesidadderealizar, comoeshabitualenlamayoríadelosproductosfabricadosenserie,porningúntipodemolde, matriz,utillaje, Lastécnicasdeprototipadorápido,desarrolladasdurantelosúltimos20añoshanjugadoy estánjugandounpapelmuyimportanteenelprocesodedesarrollodenuevosproductos, desdelaconcepcióninicialdeldiseñohastasuparticipaciónenestudiosdefabricabilidad. Porlotanto,lamayoríadelastecnologíasdeprototipadorápidoutilizanprocesosaditivospor capas, pero se trata simplemente de un prototipo, ya que el proceso en serie para la fabricación de ese producto será un método convencional (inyección, mecanizado, conformado, ),mientrasquelafabricacióndirectaorientaeldiseñoyfabricacióndefinitivadel productoentecnologíasaditivas.ahíesdonderadicalaprincipaldiferenciayhacequese debandeconsiderarestastecnologíasdefabricaciónmuyenseriodecaraalfuturoporlas grandesventajasquesuponenyqueseveránmásadelante. Masscustomizationofabricaciónpersonalizadaenmasa Sepuededefinirlacustomizaciónopersonalizacióncomoelprocesodondesepartedeun conceptodediseñogeneralyseparticularizaalasnecesidadesdeunconsumidorespecífico. Enlosúltimosañosquedapatentequelapersonalizacióndelosproductosylainformaciónes latendenciadelmarketingaseguirenlospróximosaños.lafabricacióndirectaofrecealos fabricanteslasherramientastecnológicasquepermitenlaproducciónviableyeconómicade estetipodeproductosyquerespondeaesatendenciageneralizada. Existen distintos niveles de personalización. Por una parte se puede hablar deproductos únicos,comoporejemplopuedeserunajoyaquesediseñaysefabricademaneraúnicapara Página8de96

9 NuevasTecnologíasparala FabricacióndeSeriesCortas unapersonaenconcreto.enelotroextremosepuedehablardelaposibilidaddecambiar algúnparámetrodeunproducto,color,tamaño, deentreunelevadonúmerodeellos.enel mediodeambosextremossesitúaporejemplolasposibilidadesdepersonalizaciónqueexiste actualmente a la hora de definir el acabado de un coche, donde se puede elegir en el concesionarioalahoradecomprarelvehículoentreunaseriedecaracterísticasquepueden serelegidas.enlamismalíneadeproducciónsefabricanentoncescochesconcaracterísticas distintasdeunoaotro.existeporlotantoundeterminadogradodepersonalización. Infinitas Productos personalizados Productosa medida Númerode elecciones disponibles Modularización Producto estándar Ninguna PocasMuchas Ilustración1:Númerodecaracterísticaspersonalizables Enesteaspectolafabricacióndeproductosmediantefabricacióndeseriescortasoindividuales abrelaposibilidaddefabricarproductosconunnúmeroinfinitodeeleccionesparaunaovarias característicasdelproducto.setratarealmentedelafabricaciónporloteunitario. Personalización enmasa Producciónenmasa ProducciónIndustrial Ilustración2:Esquemadelatendenciaenlossistemasdeproducciónycomercializacióndeproductos Página9de96

10 NuevasTecnologíasparala FabricacióndeSeriesCortas Reduccióndeltamañodellote Esaquídondelaposibilidaddefabricarlotespequeños,inclusopersonalizados,suponeuna granventajadefabricaciónpormétodosdefabricacióndirecta,frenteaotros.esteconcepto deloteunitarioestádetrásporejemplodelafilosofíadelleanmanufacturing,desarrolladapor Toyotaenlosaños60.Seindicacomoformadetrabajoóptima,encontradelafabricaciónpor grandeslotesquesehaceenlamayoríadelosprocesosporcausaprincipalmentedelos tiempos de cambio de máquina. La reducción del tamaño de lote es una tendencia y requerimientodelafilosofíadelean,ysehaidointroduciendoenmuchasempresasconéxitos notables(reduccióndeinventarios,reduccióndetiemposdeentrega,mayorflexibilidadfrente acambiosdedemanda, ).Lafabricaciónporloteunitarioparalosprocesostradicionalesno dejadeserunaideautópica.comofilosofíademejoraesclaralaideadereducircadavezmás eltamañodelote,perosinpoderllegaraesafabricaciónunitaria. Cálculoviabilidadeconómica:FabricaciónAditivavs.Procesosconvencionales Apesardequedemanerageneralsehacereferenciadirectaalcostecuandosehablade competitividad,esnecesariocambiarestepensamientoyorientarlamejorayaseguramiento delacompetitividadconlageneracióndeproductosdemayorvalorañadido. Esporlotantonecesariocambiarelenfoquetradicionalqueorientalacompetitividadconla reduccióndecostesfrenteaaumentarelvalorañadidodelosproductos. EstarecomendaciónquedaperfectamenteplasmadaenlaAgendaEstratégicadeDesarrollo (SRAStrategic Research Agenda) publicada por la plataforma europea de la fabricación, Manufuture.Sehaceespecialmenciónalanecesidaddeorientaralasempresasyorganismos europeos hacia la generación de valor en los productos y procesos en contraste con la tendenciatradicionaldelabaratamientodeloscostes. Lasgrandesventajasquetienelafabricacióndeseriescortashacequemástardeomás tempranolaindustriavayanasimilandoeintroduciendoestosprocesosenlacadenadevalor delosproductos.esteinteréshadequedarreflejadoenelempuje(económicoalfinyalcabo enrecursosmateriales,humanos,inversiones, )quelaindustriadebededarparaquela tecnologíasigaevolucionandohastapoderhacerseunhuecodefinitivo. Unaspectomuyimportanteparaquesedéesteempuje,esquevayasiendounarealidadel poderfabricardeterminadosproductosporestastecnologías.sehadeconseguirporlotanto unaviabilidadtécnica(calidaddelaspiezas,homologaciones, )yeconómica(costefrentea procesostradicionales)delosproductosparaqueseanunarealidad.ynoestamoshablandode prototipos,sinodepiezasfinales. Enalgunossectores,dondelasventajasdelatecnologíaaditivasonclaramentesuperioresa sus desventajas actuales (sector dental, series cortas personalizadas, implantes, ) la fabricacióndeproductosporlasmismasesunarealidad. Peroaúnexistenmuchossectoreseindustriasdondeeldesconocimientodeestetipode tecnologíasysusventajashacequeelcostedesuutilizaciónseaunabarrerainfranqueable. Página10de96

11 NuevasTecnologíasparala FabricacióndeSeriesCortas Esporelloquehayquedistinguirclaramenteentreelcostedeunproductoyelvalorqueel productogeneraopuedegenerar. Enestesentidosevienenrealizandomuchascomparativasentreelcostedefabricarproductos medianteestastecnologías,comolafabricaciónaditivafrentealainyeccióndeplásticos tradicional.enelcasodelainyecciónmedianteunmolde,elcostedeéstetieneunainfluencia muyimportanteenelcosteparavolúmenesbajos.segúnseaumentalacantidaddepiezas inyectadas,elcostesevareduciendodemaneraexponencialhastauncostedondeprimael costedelmaterialensíydeoperacionesyelcostedelmoldequedarepartidoentreungran númerodeunidades.enelcasodelafabricaciónaditiva,elcosteesprácticamenteigualpara unasolapiezaqueparaungrannúmerodeellasalnoestarasociadoaningúnutillajeinicial comoeselcasodelainyección. Siserepresentanambascurvasdecostesfrentealacantidadfabricadaseobtieneunpuntode corte,querepresentalacantidadapartirdelacualesmásrentableinyectarlapiezafrentea fabricarladirectamente. CosteTotal Fabricación aditiva Inyecciónde plástico Costedelmolde Q Volumendeproducción Ilustración3:comparativacostecantidad Elcostedelproductoesunfactorfundamentalalahoradedecidirseporunprocesode fabricacióndeterminadoyesunaspectoclaveaconsiderarcuandosepretendesustituiro introduciruncomponentefabricadodirectamente.elnúmerodepiezasaserfabricadaso tamañodelloteesunparámetrodecisivo,pudiéndosedecirdemanerageneralquepara grandesvolúmeneselprocesodeinyeccióntradicionaldeplásticoesmásrentablequela fabricacióncapaacapadecadaunodeellos. Estetipodecomparativaesmuycomúnalahoradeestudiarlaviabilidaddefabricarunapieza porunprocesooporotro.porotroladoserealizanmuchosestudiosenestesentido,que Página11de96

12 NuevasTecnologíasparala FabricacióndeSeriesCortas sirvenporotraparteparamostrarquelatecnologíaesviableparaundeterminadonúmerode piezas,yaqueaúnseasocianestetipodetecnologíasconelprototipadorápidoyexistela creenciaaúnmuyextendidadequenosonrentablesparagrandesvolúmenes. Costeunitario Inyecciónde plástico Fabricaciónaditiva Q Ilustración4:comparativacosteunitario Anivelorientativoindicarqueporejemploenelcasodefabricacióndesistemasauditivos, productoquehavistounagranventajacompetitivaenlafabricacióndirectaporlautilización deunadelasprincipalesventajasdelafabricacióndirecta,lapersonalizacióndelosproductos, dondesefabricandemaneradirectacientosdemilesdepiezasportecnologíadeslsy estereolitografía. Aunqueyasehacomentadoanteriormente,cabeaquídestacarquelacomparativanosolose debedequedaraniveldecomparativadecostespuramente.lalibertadquepuedesuponerno dependerdeuncostosomoldetieneunvalorañadidomuyimportantequenosiempresetiene encuenta.losposiblescambiosdediseñodurantelavidadelproducto(bastantecomunes), suponencostasmodificacionesenelmolde,tantodeprocesamientodelmolde,comodeparos deproducción,costeslogísticos, Lafabricaciónaditivasuponerealizardichoscambiossobreel ficherocadparaluegointroducirdichoscambiosenlasiguientefabricación,casidemanera instantánea. Otraventajaclaraeslafabricaciónajustada.Esdecirfabricaraquellacantidaddepiezasquese requiera, sin tener que fabricar grandes lotes de fabricación para justificar los costes de producción al intentar minimizar los tiempos de cambio de la máquina para poner en producciónunnuevomolde. Enalgunasocasiones,existeunaincertidumbreenellanzamientodeunnuevoproductodela cantidadquefinalmentesevaavender.unavezconstruidoelmolde,sinosellegaala Página12de96

13 NuevasTecnologíasparala FabricacióndeSeriesCortas cantidadprevista,seincurrenencostesnoesperadosquepenalizanlaviabilidaddelproducto. Enelcasodehaberlofabricadodemaneradirecta,seestádelladodelaseguridadalfabricar únicamenteaquelloquesevavendiendoynoestarligadoaningúncostosoutillaje. Unerrormuycomúnespresupuestarunapiezaquesehadiseñadoparaprocesostradicionales paraserfabricadademaneradirecta.enmuycontadasocasionesseráviablesufabricaciónpor estastecnologías.esnecesarioreiniciarlaruedadeldiseñodelproductoparaobtenerel máximobeneficio(valor)alproducto. Enaquelloscasosenquesepuedallegaraconsiderarfabricarunapiezaporfabricacióndirecta sehacenecesariorealizarunestudiodeviabilidadeconómicadondesepuedallegaradefinirel tamañodelloteapartirdelcualsehacemásrentableuntipodefabricaciónuotro,teniendo encuentaporsupuestotodaslasventajaseinconvenientesquecadaunadelastecnología ofrece. Eldesconocimientodelasventajasquepuedeofrecerestatecnología,noplanteadasmuchas veceshastalafechaporlaimposibilidaddefabricarestetipodegeometrías,hacequeen muchasocasionessiquieraseafronteestacomparativa,desperdiciándoseprobablementeuna buenaoportunidaddeaumentarlacompetitividaddelproducto. Elcambio,laadaptacióndeunproductodiseñadoparaserfabricadopormétodostradicionales paraserfabricadoporcapasnoestrivial.muchasveceselquererfabricarundiseñopensado paramétodostradicionalesdirectamenteporcapasllevaanoserviableyadesestimarpor partedelaempresaqueseacercaaestatecnologíaestetipodefabricación.esnecesarioun procesodeacercamientoalatecnologíaporpartedelaempresa,aserposibledemanosde algunaentidadoempresaqueconozcaendetallelasposibilidadesqueofrecelatecnología. Esteacercamientosebasaendaraconocerporpartedelaempresalafuncionalidadfinaldel productoopiezaafabricar,yaqueenmuchoscasosestepasonoestrivialyeldiseñofinalestá más condicionado por los métodos de fabricación necesarios teniendo en cuenta las características,volumen,coste, queporlafunciónúltimadelproducto. Bajoestepuntodepartidadelconocimientobásicodelafuncióndelproductoesposible comenzarconunrediseñobásicodelproductoconjuntamenteconlaempresadondesevaya sacandotodoelprovechoalasventajasqueofreceestetipodefabricación.segúnseva rediseñando sobre un producto concreto, la empresa va descubriendo el mundo de oportunidadesquesevanabriendoparaconseguirunproductodemayorvalorañadido,con más funcionalidades, con nuevas ventajas para el consumidor final, posibilidad de personalización,menorpeso,mejorescaracterísticas, Elproductofinalresultantedeeste rediseñosuelediferirdeldiseñoinicialplanteado,optimizadoparasufabricaciónporestetipo deprocesos.estounidoalasnuevasfuncionalidades,valoresqueañadeelproductohaceque lacomparativadecostesfrentealdiseñoinicialnoseaprácticamentecomparableyendadoel casosedecidainclusoelcambioasufabricaciónporestemétodo.existenmuchosdeestos casosenlaindustriahoyendía,yestepasodeacercamientodelaempresaaestetipode procesoseanecesario,yaquelarevoluciónquesuponenlasnuevasventajasqueaportala Página13de96

14 NuevasTecnologíasparala FabricacióndeSeriesCortas fabricaciónporcapasnosiempresonentendiblesenunprimeracercamientoyesenel rediseñodelpropioproductodondesehacenpatentesdichasnuevasopciones. Alsumarlasdistintasposibilidades,ventajas,queofrecelafabricaciónaditivaseconsigueya hoyendíacontrarrestarlasdesventajasqueaprioripodríannohacerviablelafabricaciónpor estemétodo.sisesumaalafabricaciónpersonalizada,laposibilidaddequelacomplejidad añadidaalproductonosuponeuncosteadicional,sinoquepuedeinclusosuponerunahorro, la posibilidad de reducción de peso, porosidad gradual, hace que para determinados productoslafabricacióndeestosportécnicasaditivasseahoyendíaunarealidadyhaya empresasqueutilizanindustrialmenteestatecnologíaparafabricarsusproductos. Página14de96

15 NuevasTecnologíasparala FabricacióndeSeriesCortas 4 TECNOLOGÍASDEFABRICACIÓNDESERIESCORTAS Estaguíapresentaunalistadelasnuevastecnologíasdisponiblesenelmercadoysedescriben brevementesuscaracterísticas,ventajasydesventajasconelánimodepoderayudaralos responsablesdelosproyectosaampliarsuconocimientosobrelasmismas.estalistasepuede englobarlaencuatrograndesgrupos: Tecnologíasdefabricaciónaditivas.(AM) o Esterolitografía o Sinterizadolaserplástico o Sinterizadolasermetal o FabricaciónrápidademoldeRapidTooling o Polyiet(Objet) o Impresoras3DZCorp o Fuseddepositionmolding(FDM) Tecnologíasdefabricaciónsustractivas. o Mecanizadoavanzadodealtavelocidad o Mecanizadoconrobot Técnicasdemoldeo o Coladaalvacío o Moldeadorápidoparainyección. o ReactionInyectonMolding(RIM) o Micrufusión Tecnologíasdeconformado o Deformaciónincrementaldechapa. Tecnologíasdeapoyo o Digitalizado o Ingenieríainversa Elconocerlasoportunidadesquenosbrindanestasnuevastecnologíasnosacercanaléxitode nuestrosproyectos,comoenelcasoqueseilustraacontinuaciónendondelaconvivenciade variasdeestastecnologíashasidonecesariaparalogrardelamaneramáseficazelobjetivo marcado. Página15de96

16 NuevasTecnologíasparala FabricacióndeSeriesCortas 5 TECNOLOGÍASADITIVASADDITIVEMANUFACTURING(AM) Enlosúltimosañoshemosvenidoviviendoendistintosámbitosdenuestravida,tantopersonal comoprofesional,unaclaratransiciónhaciaelámbitodigital.existenmultituddeejemplosque hablanporsísolosdeestesilenciosocambioqueseestállevandoacabo.hemospasadodela informacióntécnicaenpapeldeplanosasuformatodigital,primeroen2dyluegoen3d,el envíodecorreotalycomoloconocíamoshaquedadoobsoletoantelaaparicióndelcorreo electrónico,ymuchosmásejemplosqueseguronosvienenalamenteenestosmomentos.la tendenciaesclara,eimparable,ycadaámbitodenuestrotrabajoodenuestravidapersonalse vaadaptandosegúnsevanproduciendoavancesencadatecnología. Y qué ocurre con la fabricación de productos? Por supuesto se han producido también avances en este sentido, desde la mejora de los sistemas de asistencia al desarrollo y fabricación de productos, como los sistemas CAD/CAM/CAE, hasta las mejoras de la productividadoriginadasporlaautomatizaciónyrobotización,pasandoporlosmodernos sistemasdevisiónartificialycontroldelaproducciónentiempodeciclo,simulaciónde procesos, etc. Todo ello ha supuesto una mejora considerable tanto en los procesos de fabricacióncomodedesarrollodenuevosproductos. Enestepuntodeberíamoshacerunareflexiónsobrelaformaenlaquesehanbasadolagran mayoríadelosprocesosdefabricaciónydeconcepcióndediseñodelosproductosque normalmentenosrodean. Desdesusinicios,hacemuchosmilesdeaños,elserhumanohautilizadoelmaterialqueleha aportadolanaturalezaysehabasadoenherramientasdecorteparairconformandosus productos.deformamuygenéricapodemosdecirqueelserhumanohautilizadotecnologías sustractivas,partiendodeunamateriaprimaenbruto,quedemaneramuycostosa(entiempo yenergía)habíapuestoadisposicióndeéllanaturaleza,yquemediantelaeliminacióndel materialsobranteeracapazdeobtenerelproductofinaldeseado. Estesímilesmuyclaroenprocesosdemecanizadomediantearranquedeviruta(fresado, torneado,taladrado,rectificado, ).Enotroscasoshemosutilizadoprocesosdeconformado (doblado,cizallado, )paraobtenermedianteútilesomatriceslaformafinaldeseada,onos hemosvalidodemoldesparaobtenerlasgeometríasfinales. a)piezadeseada b)sustracción c)adiciónporcapas Página16de96 Ilustración5:ConceptodefabricaciónsustractivacomparadoconAM

17 NuevasTecnologíasparala FabricacióndeSeriesCortas Esta forma finaldefabricar,yporlotantoalfinaldediseñarlosproductos,semantienehasta nuestrosdías.losprocesoshanavanzado,peroelprincipiosiguesiendoelmismo. Por otra parte, el ser humano siempre ha intentado aprender de la naturaleza, y lo ha conseguidoenmuchasocasionesimitandocomportamientosocualidadesdedeterminados animalesyhaconseguidoreplicardichatecnologíaensuprovecho. Pero si en este momento nos preguntáramos cómo fabrica y diseña la naturaleza?, conseguiríamosenlazarlosconceptosanteriores. Podemosdecir,queenlosmillonesdeañosdeevolución,lanaturalezadiseñayfabricasus productosdemaneraoptimizada,desdeelpuntodevistadelconsumodematerialescomode energía. En cuanto al diseño, la naturaleza utiliza dos únicos elementos, el círculo y sus derivadosylosfractales.encuantoalafabricación,lanaturalezaoptimizasuproducción situandomaterialúnicamenteallídondeesnecesario.yaquíesdondeconvienedestacarla capacidaddelanaturalezadefabricarmediantedeposicióndecapas:capascilíndricasenel troncodeunárboloesféricasparalaobtencióndeunaperla.existeunaespecialidaddela ingenieríacuyoobjetivoeselestudiodelaspropiedadesdelanaturalezaparasuaplicacióna nuestrosproductosyprocesos(biomímesis). Llegadosaestepuntopodemosresumirqueelserhumanosiemprehadiseñadoyproducido demanerasustractiva(pocoeficiente),frentealaformaoptimizadadefabricarydiseñarde maneraaditivaporlanaturaleza. Porprimeravezenlahistoriaseabrelaoportunidaddequesepuedandiseñaryfabricar productosdemaneraoptimizada,tantoenmaterialcomoenenergíaytalycomolohacela naturaleza. Las tecnologías que permiten esto, se denominan genéricamente tecnologías aditivas de fabricació. Existen unas ventajas (impensables hasta ahora en el diseño y fabricación de productos)queestánperfectamenteidentificadasyquehacenqueelpotencialfuturodeeste tipo de tecnologías sea inmenso (personalización de productos, libertad en el diseño, posibilidaddegeometríasmuycomplejas,sinnecesidaddedisponerdemoldesomatricespara sufabricación,posibilidaddehacerestructurasinternas,gradientesdeporosidad, ) Peronoolvidemosqueexistenunaseriedelimitacionesactualesdelatecnología,quehacen quehoyendíanosepuedaaplicarencualquiersectoroparacualquierproducto.elgran potencialqueofreceestetipodetecnologías,haráquepocoapocolasgrandesventajasque ofreceestaformadefabricarydiseñarcompensenlasdesventajasyqueéstasasuvez,conlos avancesdelatecnología,seandentrodeunosañoshistoria. LafabricacióndirectadeunapiezadirectamentedesdeelmodeloCAD3Dsinnecesidadde utilizarningúnmoldeomatrizparasufabricación,ademásdeporsuvelocidad,abreuna interesantecaracterísticadeestetipodetecnologíasqueestárevolucionandolaconcepción másbásicadeldiseñodelosproductosquesepuedenfabricarporestastecnologías. Estacaracterísticasebasaenqueelmétododefabricaciónporcapasutilizadoparaestetipo defabricaciónabreunaseriedeposibilidadeseneldiseñodelosproductosquenoesposible Página17de96

18 NuevasTecnologíasparala FabricacióndeSeriesCortas porningúnotrométododefabricaciónosiloes,complicaengranmedidasurealización.al fabricar por capas el producto, de manera aditiva, frente a los métodos de fabricación tradicionalesquelorealizandemanerasustractivaolimitadosporlospropiosprocesosde fabricación(moldesdeinyección, )existeunalibertaddeformasposibleseneldiseñoqueno existíanhastaelmomento. Lafabricaciónaditivaabreunaseriedeoportunidadesparainvestigadores,desarrolladoresde productoyusuariosdelatecnologíaqueeranhastaahoraimposiblesdeimaginar.estemétodo de fabricación supone una forma totalmente distinta de pensar a la hora de diseñar un productoylasaplicacionesfuturasestáncreciendodemaneramuyconsiderable. Otracaracterísticarevolucionariadeestatecnologíaesquelosproductospersonalizadosson ahorafactibles,yaqueelcostedeproducirunúnicodiseñonoesextremadamentecostoso como ocurre con otros métodos de fabricación donde la dicha fabricación se encuentra asociadaaunutillajeomolde. Laposibilidaddesituarlosmediosproductivoscercanosalclientefinal,dondelosdiseñosse puedanenviarvíaherramientasespecializadaseninternetsuponeunaopcióndefuturomuy interesante. Muchosdiseñosnuncalleganaserunarealidaddebidoaquesuponenunaltoriesgoalestar asociadossuproducciónacostososutillajes.siestosaltoscostesdeutillajenosonnecesarios, sehacemásviableelpodercomprobarlaviabilidaddenuevosproductosenelmercado, medianteellanzamientodebajascantidades. Lapérdidadecargaproductivaenpaísesconcostessalarialesaltosfrentealadeslocalización delaproducciónengrandesseriesapaísesdebajocostepuedeserenpartefrenadamediante laintroduccióndeestetipodeprocesosmanufactureros.lafabricacióndepiezaslocalmentey justoatiemposerámásatractivoquefabricargrandescantidadesenzonasmuyalejadasdel consumidorfinalporeltiempoycostedetransporte. AsimismoysegúnseindicaenlaAgendaEstratégicadeDesarrolloStrategicResearchAgenda (SRA)desarrolladadentrodelaPlataformaEuropeadelaFabricaciónManufuture,lospaíses conuncostesalarialelevado,comosonlospaíseseuropeos,debendecentrarsusestrategias productivasafuturoentecnologíasyproductosquecontenganunelevadovalorañadido.se debedecambiarlaideadecompetirencostesporlaideadecompetirmedianteproductosde altovalorañadido.lastecnologíasdefabricaciónaditivasonunadeesastecnologíasquedicha plataformahaidentificadocomoclavesparaelfuturodelafabricacióneneuropa. Sehacedifícilpensarenunadisciplinatecnológicaquetengaunpotencialmásextensode aplicaciónfuturaquelafabricaciónaditiva.estatecnologíaestásuponiendounarevolucióny unaexcitantenuevaformadepensarparaprofesionalesdemuydistintosámbitos:ingenieros, diseñadores,cirujanosartistas, Página18de96

19 NuevasTecnologíasparala FabricacióndeSeriesCortas Procesos Conformado Mecanizado Moldeo Unión Ensamblaje Aditivos Forja Fresado En arena Soldadura Laminación Torneado Inyección Extrusión Taladrado Centrífugo Embutición Brochado Cera perdida Plegado Refrentado Colada Doblado Sinterizado Estampado Ilustración6:Clasificacióndelosprocesosdefabricación,incluyendolosprocesosaditivos. LastecnologíasdeAMfabricancapaacapa. La Fabricación Aditiva o como se conoce internacionalmente a la tecnología Additive Manufacturing,(AM),consiste,básicamente,enmanipularmaterialaescalamicrométricay depositarlodeformamuyprecisaparaconstruirunsólido. Elhechodequeestastecnologíasnonecesitendeutillajes,ynospermitanfabricarcomplejas geometrías,hacequeseanenlaactualidaddelastecnologíasmásdemandadas,apesardeque aúnsonmuyrecientesydequeexistemuchocampoaúnporinvestigar. Losavancesenelámbitodigitalnoshanpermitidoimaginarydibujargeometríasmuchomás complejasquehaceunosaños,encontrándonosahoraconlaslimitacionesenelprocesode fabricación,estastecnologíasquenacenenelúltimocuartodelsigloxxsuperaresasantiguas limitaciones,pudiendoresumirconellema sipuedesdibujarlo,podemosfabricarlo. Graciasalametodologíadetrabajodeestasmáquinasendondelaconstruccióndelapiezase realizapordeposicióncontroladadematerialcapaacapa,demaneraqueconstruyenlaspiezas poraportedematerialdesdelabasehastalacima,enlugardepartirdebloquemacizoy arrancarelmaterialsobranteatravésdeprocesostradicionalescomomecanizado,troquelado, etc.)oempleandounutillajecomoenelcasodemoldeoporinyección,estampación seabren nuevas oportunidades para reproducción de complejas geometrías o piezas que nacen directamenteensambladas. Página19de96

20 NuevasTecnologíasparala FabricacióndeSeriesCortas Ilustración7:Prototiporealizadoporfabricaciónaditiva,loscomponentessefabricandirectamente ensamblados.cortesíadelafundaciónprodintec. ElAMpermiteobtenerpiezasdirectamentedeunarchivoCAD3D, imprimiéndolas deforma totalmente controlada sobre una superficie. Por ello se le denomina también con otros términos como emanufacturing (fabricación electrónica), fabricación digital o Direct Manufacturing(fabricacióndirecta)oinclusodenominadoFabricaciónAditivaporCapas(ALM AdditiveLayerManufacturing)queescomúnmenteusadoanivelinternacional. Consusdiferentesdenominaciones,tiposytécnicas,lastecnologíasAMhoyendíaaúnnose hanimplantadodeunaformaextensaenlaindustria,enparteporqueaúndebendesolucionar algunaslimitacionesrelativasalprocesoyaelementosperiféricosalmismo,perotambién porqueaúnsonbastantedesconocidasporlospotencialesusuariosquenosonconscientesde lasenormesventajasquepuedenaportarfrenteaprocesostradicionales,enmuchosnichosde mercado,delascualesdestacanlasdossiguientes: Lacomplejidadgeométricasinaumentodecoste.Asícomoenlosprocesostradicionalesde fabricación,unaumentodecomplejidadgeométricaconllevaenlamayoríadeloscasosun aumentodelcostedelapieza,utillaje, enlafabricaciónaditiva,paradójicamente,elaumento decomplejidadsesueletraducirenunareduccióndecoste,alutilizarsemenosmaterialy reducireltiempodetrabajoenmáquina.esloqueocurreenelcasodelasiguienteimagen dondeesmuchomásbaratoacometereldiseñoconlacomplejaescalerahelicoidalinterioryel detalledesilleríaenlasuperficiedelatorre,queejecutarunaformasimplificada,maciza interiormenteylisaenelexterior. Página20de96

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