Aplicación de la Fabricación Aditiva Metálica en distintos sectores industriales. Iñigo Bereterbide Product Manager AMPD Renishaw Ibérica, S.A.U.

Transcripción

1 Aplicación de la Fabricación Aditiva Metálica en distintos sectores industriales Iñigo Bereterbide Product Manager AMPD Renishaw Ibérica, S.A.U.

2 Acerca de Renishaw Líder mundial en metrología Empresa listada en el índice bursátil FTSE 250 con la casa matriz en el Reino Unido Mejorando el rendimiento operativo Transformación de las eficiencias productivas y mejora de la calidad del producto Maximización de las capacidades de investigación Mejora de los procedimientos médicos y los resultados para el paciente

3 Nuestra misión Proporcionar tecnología de vanguardia fomentando que la innovación aborde las necesidades de nuestros clientes. Diseñar, fabricar y suministrar sistemas de metrología de la más elevada calidad y fiabilidad, permitiendo la medición dimensional según normas trazables. Buscar la satisfacción total del cliente a través de un servicio superior.

4 El carácter distintivo de Renishaw Renishaw cree fundamentalmente que el éxito llega de la mano de productos y procesos patentados e innovadores, una fabricación de muy alta calidad y la capacidad de ofrecer soporte local a los clientes en todos los mercados alrededor del mundo. Sir David McMurtry Chairman & Chief Executive

5 Asegurando el crecimiento a largo plazo Para asegurar el éxito, asumimos el control de todas las actividades que consideramos principales, incluyendo diseño, fabricación, ventas y soporte.

6 Algunos datos relevantes 346 millones ventas en % de la facturación reinvertido en ingeniería, incluyendo I+D en países con filiales locales 3300 empleados

7 Nuestra estrategia Investigación continua y sólido posicionamiento con productos innovadores Fabricación eficiente de gran calidad Fuerte presencia en el mercado y foco en mercados emergentes Construyendo el negocio vía adquisiciones Soporte a los clientes Crecimiento orgánico consistente Personas Foco en convertirnos en proveedores de soluciones

8 Nuestros clientes Aeroespacial Agricultura Automoción Gran consumo Construcción Medicina Energía Canteras y minas

9 Conocimiento Control de los procesos de fabricación Productos de medición en MMC Calibres Útiles fijación Control postproceso Sondas para Máquina- Herramienta Control en proceso Preparación del proceso Sistemas de calibración y verificación Base del proceso

10 Conocimiento Metrología industrial Fabricación aditiva Control del desplazamiento Topografía y metrología de gran alcance Palpadores para sondas

11 Conocimiento Ciencias de la Salud Escáneres dentales, software CAD, fresadoras y estructuras Microscopios Raman y análisis Software de planificación de neurocirugía, implantables y robots Sistema diagnóstico para investigación clínica

12 Nuestro servicio, su solución Hardware Retrofits en cliente final Formación a clientes Ingeniería de aplicaciones Soluciones llave en mano Consultoría Suministro de consumibles Instalación OEM Productos avanzados Servicio y soporte mundial Software

13 Ahora un proveedor global de soluciones Queremos proporcionar tecnología de vanguardia fomentando que la innovación aborde las necesidades de nuestros clientes. Con filiales en 70 localizaciones en 32 países, damos soporte local a nuestros clientes antes, durante y después de la venta construyendo relaciones con beneficios duraderos a largo plazo.

14 Por qué la Fabricación Aditiva (FA) para Renishaw? P. Por qué ha decidido Renishaw involucrarse en la industria de la fabricación aditiva? R. Porque es una tecnología de fabricación emergente en sectores en los que Renishaw es líder en su campo. P. Por qué Aditiva Metálica? R. El alcance de las piezas complejas metálicases enorme Las ventas de la industria de la Máquina- Herramienta alcanzan los 68 Billones de $ anuales. P. Por qué ahora? R. Los sistemas de FA se encuentran en su infancia, hablando comparativamente, y requieren un paso adelante para ser aceptados en la producción en masa.

15 Qué es la FA? Powder distribution System Build Chamber Laser Window Inert Gas Metal Powder Build Retractable Platform Z axis La Fabricación Aditiva (FA) láser es un proceso de fabricación de piezas metálicas que utiliza datos 3D CAD como fuente digital. Produce piezas completamente densas directamente del CAD utilizando archivos con formatos estándar. Finas capas de polvo metálico atomizado se depositan y un láser de fibra de alta potencia funde el polvo para formar la pieza.

16 Materiales F.A. El proceso utiliza polvo metálico atomizado Los materiales cualificados incluyen: Acero Inoxidable 316L Cromo-Cobalto Titanio Al64 V Al6 Nb7 y comercialmente puro Inconel 718 & 625 Aluminio AlSi12 Acero de herramientas (H13) Materiales en proceso de cualificación: Hastalloy X Sistema abierto para desarrollo de materiales sin coste

17 Posibles aplicaciones Dónde funciona mejor la FA? Componente unitario o serie pequeña coronas y puentes dentales, implantes, etc. Geometrías complejas y estructuras- Intercambiadores de calor, implantes médicos, transiciones a estructuras compuestas. Materiales y compuestos nuevos materiales difíciles de mecanizar y peligrosos mediante otros métodos. Materiales de alto precio - minimización de desechos. Series o componente único para I+D. Características internas ocultas refrigeraciones con forma, cuerpos de válvula etc.

18 AM 250 Volumen máximo Capacidad de producción* AM x 245 x 300 (x,y,z) (z extendable to 360mm) 5cm³ a 20cm³ por hora Espesor de capas 20 a 100µm Diámetro haz láser Opciones de láser Alimentación 70µm en la superficie del material 200W o 400W 230V 16A Consumo eléctrico Consumo de gas 1.6KwH <30L/Hr La capacidad de producción depende del material, densidad y geometría, No todos los materiales pueden producirse a la capacidad máxima.

19 Ejemplos de sectores de aplicación de FA Componente Unitario: Implantes personalizados Ortopedia estructuras porosas ( osteointegración ) Material de competición Geometrías Complejas: Intercambiadores de calor Materiales difíciles de trabajar y de alto coste Eliminación de desechos Implantes dentales de Titanio Características ocultas: Insertos de molde con refrigeración optimizada

20 Implantes personalizados - ortopedia La tomografía 3D aporta los datos para generar el modelo. El alojamiento es diseñado para encajar en el hueso y tener los atornillamientos adecuados. Resultados: mínima extracción de hueso sano del paciente y reducción del tiempo de operación. Source: Royal Perth Hospital, Australia

21 Implantes personalizados - ortopedia Source: Royal Perth Hospital, Australia Análisis de los datos 3D, generación automática de estructuras de soporte. Fabricación en FA del acetabular personalizado en capas de 50µm en (TiAl6Nb7 o CP Ti). Acabado del alojamiento. FA + acabado < 3 días. Transporte al hospital. Custom Acetabular cup shown on SLS model courtesy Royal Perth Hospital Australia.

22 Ortopedia Estructuras porosas Desarrollo de estructuras híbridas porosas para implantes.

23 Material de competición Proyecto Bloodhound Coche supersónico En verano de 2015 intentará romper la barrera de velocidad de 1690 Km/h. El casco del vehículo está fabricado de composite excepto la punta que ha sido fabricada en Ti mediante FA. Esta punta se verá sometida a fuerzas de 12 Tm / m2.

24 Diseñado para el proceso Diseño Original cuerpo de bomba Rediseño fabricado mediante FA Ahorro del 60% de masa 12/5/2013 Slide 24

25 Intercambiadores de calor Cuando organizaciones como Rolls Royce y The Welding Institute se unen, aplicaciones como estos complejos intercambiadores de calor muestran el potencial beneficio de la fabricación aditiva metálica.

26 Intercambiadores de calor Intercambiadores de calor en aluminio de FA con distintas formas. Geometrías convencionales y no convencionales.

27 Implantes Dentales Ti Eliminación de desechos Mecanizado Peso original = 618g Peso de la placa con implantes = 240g (foto) Peso total de los implantes = 42g Peso de viruta = 378g = 62% % Ti usado en implantes = 6.8% F.A. APROVECHAMIENTO DEL MATERIAL DE MÁS DEL 90%

28 Insertos de molde con refrigeración optimizada Ventajas de la refigeración conformal Mejora el proceso de inyección. Reducciones de hasta el 70% en el tiempo de refrigeración. Reducción de ratio de chatarra al mínimo. Las piezas de plástico son más homogéneas y con una calidad significantemente mejor. Piezas de plástico sin rechupes. Menor número de iteraciones de muestras y ajustes hasta alcanzar las dimensiones críticas. Eliminación de errores en molde más rápida y trabajando en producción total antes.

29 Diseño de canales de refrigeración Información: Este ejemplo de refrigeración conformal está trabajando a plena producción desde hace más de 2 años. Geometría: Elipse vertical 1,3 mm x 1,8 mm Equivale a Ø 1,53 mm. 2 circuitos cerrados: 1x 4- Veces paralelo 1x 5- Veces paralelo Presión de agua 6 bars. Longitud total de todos los canales alrededor de mm! Reducción de ciclo de enfriamiento a la mitad!

30 Diseño de canales de refrigeración Refrigeración conformal usando Information: estructura de malla. Ø no seguridad de extracción del 100% polvo. Ø no definición de Flujo en la malla. Ø no definición de la posible refrigeración. Ø Peligro de bloqueo del sistema de refrigeración por acumulación de partículas. Solución optimizada para la misma aplicación. Ø Eliminación segura de polvo Ø Definición de orientación turbulencias del flujo Ø Definición de refrigeración posible Ø No bloqueo de canales por acumulación de partículas

31 Simulaión Podemos simular el tiempo esperado de refrigeración con refrigeración conformal. Usamos el software de la empresa Alemana Simcon. Somos capaces de importar directamente nuestro diseño de los canales de refrigeración. En caso de modificación de insertos existentes podemos comparar la refrigeración convencional con la refrigeración optimizada.

32 Simulación Fundamentos para la simulación Information: La simulación de una refrigeración conformal se lleva a cabo conjuntamente con un análisis de flujo. Por lo tanto necesitamos: Diseño de la pieza en CAD 3D. Localización de boquilla. Tipo de inyección (ej. colada caliente). Datos técnicos del plástico. Parámetros de proceso de inyección. Datos CAD de canales de refrigeración convencionales. Temperatura de agua, caudal, número de circuitos cerrados, etc.

33 Insertos de molde fabricados Información: Inserto con refrigeración conformal con canales de refrigeración complejos

34 Insertos de molde fabricados Termografía:

35 Insertos de molde fabricados Información: Inserto para molde de 2 cavidades de inyección de raqueta quita hielo. Tiempo de ciclo reducido de 80 a 40 segundos. Esto permite duplicar la producción.

36 Insertos de molde fabricados Información: Molde de inyección de 4 cavidades con correderas con refrigeración conformal. Estas correderas aportan dos ventajas: una enorme reducción del tiempo de ciclo y la optimización del proceso de inyección.

37 Insertos de molde fabricados Información: Reducción del tiempo de ciclo 30%.

38 Insertos de molde fabricados Información: Information: Ejemplo de una solución muy exitosa para solucionar un gran problema de temperaturas en un molde existente. Características convencional conformal Tiempo de ciclo 90 s 45 s Controlabilidad de proceso ninguna Muy buena Presión de agua 4 bar 4 bar Temperatura de agua 25 C 25 C Temperatura pared molde parte superior 135 C 50 C Temperatura pared molde parte inferior Canal de refrigeración en parte superior Canal de refrigeración en parte inferior 35 C 30 C ninguna Geometria espiral Ø4 mm soldadura en vacío equivalente Ø1,8 mm Geometria espiral Ø4 mm generada por láser Rechupes Si No Calidad de pieza Mala Excelente

39 Insertos de molde fabricados Cálculo de la Tasa de Retorno Piezas / año Número de cavidades 1 Tiempo ciclo convencional Tiempo ciclo con refrigeración conformal 90 seg 40 seg Tasa horaria 35,00 Coste del inserto generado por FA incluyendo diseño y tratamiento térmico 4.550,00 Horas máquina / año con sistema convencional Horas máquina / año con sistema conformal Horas ahorradas / año h 444,44 h 555,56 h Coste ahorrado / año ,44 Periodo de amortización 2,81 meses

40 Gracias 12/5/2013 Slide 40