POTENCIAL DE LA IMPLANTACIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN ADITIVA EN LA CONSTRUCCIÓN NAVAL. Víctor Casal López Astillero de Puerto Real

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1 a POTENCIAL DE LA IMPLANTACIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN ADITIVA EN LA CONSTRUCCIÓN NAVAL Víctor Casal López Astillero de Puerto Real Jornada Impresión 3D. Tecnología y aplicaciones actuales y futuras. INSTITUTO DE LA INGENIERÍA DE ESPAÑA (IIE). Madrid, 3 de abril de 2017

2 2 Índice 1. Navantia: empresa pública de construcción naval y offshore 2. Colaboración con la Universidad de Cádiz: línea estratégica de I+D+i en Fabricación Aditiva 3. Introducción al proceso de Fabricación Aditiva 4. Estado del arte y aplicaciones de interés para el sector naval 5. Caso de aplicación de la tecnología de Fabricación Aditiva en el sector naval: Proyecto de I+D+i 3DCABINS 6. Conclusiones

3 3 Índice 1. Navantia: empresa pública de construcción naval y offshore 2. Colaboración con la Universidad de Cádiz: línea estratégica de I+D+i en Fabricación Aditiva 3. Introducción al proceso de Fabricación Aditiva 4. Estado del arte y aplicaciones de interés para el sector naval 5. Caso de aplicación de la tecnología de Fabricación Aditiva en el sector naval: Proyecto de I+D+i 3DCABINS 6. Conclusiones

4 4 Navantia: instalaciones Fene - Ferrol Oficinas centrales Astilleros Madrid Reparaciones Sistemas Propulsión y Energía Cartagena San Fernando - Puerto Real Cádiz - Rota

5 5 Nuestros Productos Buques Militares

6 6 Nuestros Productos Buques Comerciales Nuestros Productos Eólica marina offshore

7 7 Misión Desarrollar programas navales competitivos y servir a la seguridad nacional Visión Ser una empresa sostenible de la industria naval, estratégica e internacional Valores Conducta ética Trabajo en equipo Responsabilidad Orientación al cliente Compromiso con los resultados

8 8 Índice 1. Navantia: empresa pública de construcción naval y offshore 2. Colaboración con la Universidad de Cádiz: línea estratégica de I+D+i en Fabricación Aditiva 3. Introducción al proceso de Fabricación Aditiva 4. Estado del arte y aplicaciones de interés para el sector naval 5. Caso de aplicación de la tecnología de Fabricación Aditiva en el sector naval: Proyecto de I+D+i 3DCABINS 6. Conclusiones

9 9 ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA (PUERTO REAL) ESCUELA POLITÉCNICA SUPERIOR (ALGECIRAS) FACULTAD DE CIENCIAS (PUERTO REAL)

10 10 Grupo de Investigación de la Universidad de Cádiz MATERIALES Y NANOTECNOLOGÍA PARA LA INNOVACIÓN (TEP946) Grupo de Excelencia (calificación A) de la Junta de Andalucía Perfil interdisciplinar. Alta productividad científica (220 JCR papers communications). Alta productividad tecnológica (8 patentes en los últimos 4 años, spin-off). 24 Proyectos nacionales / europeos / EEUU (5 últimos años).

11 11 Líneas de investigación Desarrollo de materiales para Fabricación Aditiva Nanoanálisis y nanoprocesado de materiales

12 12 Índice 1. Navantia: empresa pública de construcción naval y offshore 2. Colaboración con la Universidad de Cádiz: línea estratégica de I+D+i en Fabricación Aditiva 3. Introducción al proceso de Fabricación Aditiva 4. Estado del arte y aplicaciones de interés para el sector naval 5. Caso de aplicación de la tecnología de Fabricación Aditiva en el sector naval: Proyecto de I+D+i 3DCABINS 6. Conclusiones

13 13 EL PROCESO DE FABRICACIÓN ADITIVA (IMPRESIÓN 3D) ETAPA 1 MODELO 3D CAD Diseño CAD Escaneo 3D Modelo físico Imagen del objeto Idea de diseño ETAPA 8 APLICACIÓN Uso del prototipo o producto ETAPA 2 CONVERSIÓN A STL STL (Standard Tessellation Language) 3D Systems (1987 para SLA) ETAPA 3 TRANSFERENCIA DEL FICHERO STL A LA IMPRESORA 3D ETAPA 7 POSTPROCESADO Eliminar soporte, cepillado de superficie, infiltrado, pulido, etc. ETAPA 6 EXTRACCIÓN DEL OBJETO fuera de la impresora 3D ETAPA 4 PREPARACIÓN DE LA IMPRESORA 3D Materiales de impresión 3D, soporte, nivelar la superficie base, etc. ETAPA 5 FABRICACIÓN CAPA A CAPA en la impresora 3D Adaptado de I. Gibson, D. W. Rosen y B. Stucker, Additive Manufacturing Technologies: Rapid Prototyping to Direct Digital Manufacturing, Springer, 2010

14 14 CLASIFICACIÓN DE TECNOLOGÍAS Y MATERIALES Adaptado de ASTM, Technology Innovation Needs EC Analysis and Wohlers Reports

15 15 VENTAJAS DEL PROCESO DE FABRICACIÓN ADITIVA Diseños complejos: Permite fabricar piezas muy complejas en forma, que no son posibles con técnicas convencionales de fabricación (sustractiva, moldeo, etc.). Posibilidad de personalizar productos y de producir series cortas reduciendo la inversión necesaria. Re-diseño rápido: Velocidad de re-diseño muy elevada (horas o días) en comparación con otras técnicas de fabricación (semanas o meses). Rapidez: Las piezas se pueden fabricar como prototipos o productos justo después de haber acabado los ficheros digitales CAD correspondientes a su diseño. Se evitan tiempos muertos en el proceso productivo. Facilidad: Se pueden fabricar piezas complejas de forma sencilla, debido a la naturaleza automática de fabricación digital automatizada del proceso.

16 16 VENTAJAS DEL PROCESO DE FABRICACIÓN ADITIVA Ahorro de material: Casi todo el material aportado forma parte de la pieza final, a diferencia de las técnicas sustractivas donde se desecha todo el material sustraído. Disminución de la necesidad de técnicas de unión: Se pueden fabricar piezas de una sóla vez, que requieren la fabricación en varias partes que deben unirse si se usan otras técnicas de fabricación. Menos gestión y mantenimiento. Ventajas medioambientales: Menor uso de fluidos, menor necesidad de usar y producir herramientas, menor transferencia de energía en los procesos productivos, producción de piezas más ligeras (gracias al diseño) que generan menos gastos de combustible en el transporte, fabricación local, menor necesidad de almacenamiento debido a la rapidez de producción.

17 17 LIMITACIONES DEL PROCESO DE FABRICACIÓN ADITIVA Tamaño máximo: Generalmente los volúmenes de las piezas que se producen no superan 1 metro cúbico, en la mayor parte de los casos bastante menos, aunque hay equipos que sí trabajan con volúmenes en gran formato, de varios metros cúbicos. Acabado superficial: En muchos casos la superficie de las piezas impresas en 3D muestra un aspecto que requiere aplicación de técnicas de acabado superficial. Coste: No es competitivo con respecto a técnicas tradicionales de producción, como la inyección en molde, cuando se van a fabricar series largas de productos. El coste compensa en algunos casos que sólo requieren series cortas de producción o productos personalizados. La velocidad de producción es lenta para series largas pero muy competitiva para fabricar unos pocos prototipos o productos.

18 18 LIMITACIONES DEL PROCESO DE FABRICACIÓN ADITIVA Control de calidad limitado: Las impresoras 3D no suelen disponer de subsistemas para monitorizar la calidad de la producción. Limitación de materiales: No todos los materiales se pueden usar en fabricación aditiva; éste es un área en continuo desarrollo. Fiabilidad: Los equipos deben mejorar su fiabilidad, en particular para series largas de producción. Falta de estándares: Es reciente el uso de estas técnicas en producción. Es necesario el desarrollo de estándares.

19 19 USOS ACTUALES DE LA FABRICACIÓN ADITIVA Modelado de conceptos: maquetas para arquitectura Automoción Diseño Industrial Medicina Sector Aeroespacial

20 20 Índice 1. Navantia: empresa pública de construcción naval y offshore 2. Colaboración con la Universidad de Cádiz: línea estratégica de I+D+i en Fabricación Aditiva 3. Introducción al proceso de Fabricación Aditiva 4. Estado del arte y aplicaciones de interés para el sector naval 5. Caso de aplicación de la tecnología de Fabricación Aditiva en el sector naval: Proyecto de I+D+i 3DCABINS 6. Conclusiones

21 21 ANÁLISIS DE PUBLICACIONES RELACIONADAS CON FABRICACIÓN ADITIVA Y EL SECTOR NAVAL Tema: AM AND Aerospace Tema: Additive manufacturing Tema: AM AND Naval

22 22 ANÁLISIS DE PUBLICACIONES RELACIONADAS CON FABRICACIÓN ADITIVA Y EL SECTOR NAVAL Tema: AM AND Aerospace Tema: Additive manufacturing Tema: AM AND Naval El impacto de la Fabricación Aditiva Naval es casi inexistente

23 23 SECTORES EN LOS QUE TRABAJAN LAS GRANDES EMPRESAS DE FABRICACIÓN ADITIVA No aparece el SECTOR NAVAL

24 24 REFERENCIAS DE APLICACIONES DE LA FABRICACIÓN ADITIVA AL SECTOR NAVAL China realiza reparaciones a bordo de buques (impresora 3D a bordo) El Mundo, Febrero de 2015: Reparación, en la noche de fin de año, durante la navegación de este buque, de un engranaje del timón. Se rompió en mitad del Golfo de Adén, a miles de kilómetros de sus proveedores de piezas. El barco contaba con una estación de trabajo que incluye un ordenador, una impresora 3D y material. Los marineros fueron capaces de producir la pieza que necesitaban. En pocas horas, el Harbin retomó su rumbo.

25 25 Índice 1. Navantia: empresa pública de construcción naval y offshore 2. Colaboración con la Universidad de Cádiz: línea estratégica de I+D+i en Fabricación Aditiva 3. Introducción al proceso de Fabricación Aditiva 4. Estado del arte y aplicaciones de interés para el sector naval 5. Caso de aplicación de la tecnología de Fabricación Aditiva en el sector naval: Proyecto de I+D+i 3DCABINS 6. Conclusiones

26 26 Proyecto I+D+i 3DCABINS Desarrollo de materiales y de la tecnología de fabricación aditiva para la producción de cabinas en el sector naval (3D CABINS) Primer proyecto de Navantia en el ámbito de la Fabricación Aditiva. Objetivo principal: Desarrollar una pieza típica de construcción naval mediante Fabricación Aditiva, a modo de demostrador. La pieza seleccionada es un aseo modular completo a escala real, que pueda ser montada en una construcción naval real.

27 27 Proyecto I+D+i 3DCABINS Objetivos técnicos: Reducir peso y coste. 1,7 m x 1,1 m x 2,1 m Libre de halógenos Materiales ignífugos Aislamiento acustico 32 db Baja absorcion de agua Acabado superficial Piezas estructurales Certificaciones

28 28 Proyecto I+D+i 3DCABINS Maquetas iniciales de la cabina (1:20 y 1:40)

29 29 Proyecto I+D+i 3DCABINS Concepto de aseo de cabina (1:15)

30 30 Proyecto I+D+i 3DCABINS Desarrollo de Impresora 3D de gran formato: Impresora FDM (Fused Deposition Modeling) con material a granel

31 31 Proyecto I+D+i 3DCABINS Desarrollo, caracterización y selección de materiales:

32 32 Proyecto I+D+i 3DCABINS Rediseño, simulación y optimización: Diseño basado en la optimización topológica, iterando materiales con diferentes objetivos de masa.

33 33 Proyecto I+D+i 3DCABINS Diseño optimizado de aseo modular:

34 34 PRIMERAS PRUEBAS DE IMPRESIÓN 3D DE PIEZAS DEL SECTOR NAVAL: REJILLAS DE VENTILACIÓN

35 35 Índice 1. Navantia: empresa pública de construcción naval y offshore 2. Colaboración con la Universidad de Cádiz: línea estratégica de I+D+i en Fabricación Aditiva 3. Introducción al proceso de Fabricación Aditiva 4. Estado del arte y aplicaciones de interés para el sector naval 5. Caso de aplicación de la tecnología de Fabricación Aditiva en el sector naval: Proyecto de I+D+i 3DCABINS 6. Conclusiones

36 36 Conclusiones Las tecnologías de fabricación aditiva están alcanzando una madurez que justifica la apuesta de algunos países industrializados (con EEUU y China como ejemplos destacados) por su uso, para innovar en servicios y equipamiento en el sector naval en el ámbito civil y militar. La aplicación de las tecnologías de fabricación aditiva en la construcción en el sector naval aportará mejoras funcionales. Navantia, con el soporte científico-tecnológico de la UCA, dirige su línea estratégica de Fabricación Aditiva hacia el desarrollo de un proceso innovador basado en la investigación de materiales, diseños y equipos. El proyecto de I+D+i 3DCABINS constituye la primera experiencia de Navantia en el uso de estas tecnologías. Al mismo seguirán nuevos proyectos que permitan la industrialización de las tecnologías de Fabricación Aditiva en el sector naval (civil y militar), para su aplicación en proyectos en fase constructiva.

37 Gracias por su atención