De la fábrica a la cabina:  la impresión 3D está tomando vuelo

Con aplicaciones que van desde la fabricación de prototipos hasta la producción de piezas de aviones y motores, la impresión 3D se consolida como una herramienta esencial en la evolución y sostenibilidad del sector aeroespacial.

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La impresión 3D se ha integrado en numerosas industrias, abarcando desde la automotriz y el sector médico y dental, hasta los productos de consumo. Sin embargo, un sector donde se está observando una adopción especialmente destacada es el aeroespacial.

Esta tecnología se destaca por su capacidad de reducir significativamente los tiempos de producción y ofrecer una libertad sin precedentes en términos de geometría y formas. Además, permite la creación rápida y eficiente de piezas con geometrías complejas, minimizando la necesidad de costosas pruebas y errores. Esto es crucial en el sector aeroespacial, que siempre está a la vanguardia de la innovación y el crecimiento.

La impresión 3D tiene una gran relevancia para el sector aeronáutico, ya que permite fabricar piezas que con manufactura sustractiva son más difíciles. Además, esta tecnología le permite a nuestro sector optimizar el desempeño y el peso de los componentes", le dijo a esta revista el ingeniero Luis Lizcano, presidente ejecutivo de la Federación Mexicana de la Industria Aeroespacial (Femia).

La capacidad de producir componentes con características especiales, gracias a la flexibilidad y adaptabilidad de la manufactura aditiva, ha convertido a esta tecnología en una pieza clave del panorama aeronáutico actual. Así, la manufactura aditiva no solo es una realidad en la industria aeronáutica, sino que está impulsando su desarrollo hacia nuevas alturas de eficiencia y creatividad.

Aplicaciones de la impresión 3D en la aeronáutica

El sector aeroespacial, que engloba la tecnología y la industria vinculadas a la aviación y a los viajes espaciales, fue uno de los pioneros en invertir en la impresión 3D a gran escala. Desde la década de 1980, varias compañías aeroespaciales comenzaron a implementar esta tecnología.

Este tipo de fabricación aporta varias ventajas significativas a la industria, principalmente en la producción de piezas complejas, ligeras y resistentes. Estas ventajas son especialmente cruciales en un sector que se enfrenta a una demanda acumulada de casi 38,000 nuevos aviones en los próximos 20 años. Los fabricantes necesitan soluciones rentables y eficientes para cumplir con estos pedidos en un contexto altamente regulado, donde la seguridad y la calidad son primordiales.

Entre las aplicaciones más destacadas de la impresión 3D en la industria aeroespacial se encuentran:

1. Plantillas y accesorios: la capacidad de crear herramientas personalizadas y precisas facilita la fabricación y el ensamblaje de componentes aeronáuticos.

2. Sustitutos: piezas de reemplazo impresas en 3D pueden ser producidas rápidamente, lo que reduce el tiempo de inactividad de las aeronaves.

3. Soportes de montaje: la fabricación aditiva permite diseñar y producir soportes específicos para componentes complejos, mejorando la eficiencia y la funcionalidad.

4. Prototipos detallados: la capacidad de crear prototipos detallados facilita el proceso de diseño y desarrollo, permitiendo iteraciones rápidas y precisas.

Además de estos usos comunes, la impresión 3D también se emplea para fabricar motores y piezas de turbinas más ligeros y eficientes, asientos de aviones optimizados para peso y resistencia, e incluso drones. Las piezas aeroespaciales a menudo requieren características internas complejas, como canales de enfriamiento, paredes delgadas y superficies curvas, que la impresión 3D puede producir con alta precisión y estabilidad.

La tecnología permite la consolidación de múltiples partes en un solo componente, lo que resulta en una mayor reducción de costos, menos desperdicios, tiempos de producción más rápidos, mayor consistencia y mejores acabados superficiales. Además, la producción "sin herramientas" reduce la necesidad de energía y almacenamiento costoso, ya que las piezas modificadas o actualizadas se pueden producir según sea necesario sin depender de costosos cambios de herramientas.

¿A qué desafíos se enfrenta el sector con la impresión 3D?

Uno de los principales desafíos es la certificación de las aplicaciones de manufactura aditiva. Conforme la tecnología avanza, es crucial que las nuevas aplicaciones atraviesen rigurosos procesos de validación para asegurar que cumplan con los estrictos estándares de seguridad y calidad de la industria aeronáutica.

Según Lizcano, "a medida que la tecnología madure, esas aplicaciones se certificarán, y esto toma tiempo; no es una cuestión inmediata". Este proceso es inherentemente lento y minucioso, ya que no se puede permitir la implementación de ninguna pieza o componente sin estar completamente seguros de su fiabilidad y beneficios.

El tiempo es otro desafío crítico. La industria aeroespacial se distingue por su naturaleza extremadamente cautelosa debido a las implicaciones de seguridad. Cada nuevo componente fabricado mediante técnicas aditivas debe ser exhaustivamente probado y validado antes de su uso en aeronaves. Lizcano destaca que "el reto es hacerlo a tiempo. Se aspira a que sea mucho más rápido, pero nuestro sector es muy cauteloso”.

Este enfoque prudente se debe a que ningún método de manufactura aditiva reemplazará una aplicación tradicional hasta que se demuestre, sin lugar a dudas, que ofrece beneficios en términos de costo o peso y que funciona según lo previsto, afirma el presidente de FEMIA.

Asimismo, Lizcano señala que, aunque la manufactura aditiva puede reducir costos en ciertos aspectos, todavía enfrenta desafíos relacionados con las economías de escala. La producción en masa de componentes mediante impresión 3D aún no es tan económica como los métodos tradicionales para muchas aplicaciones. Las empresas deben equilibrar los beneficios de la personalización y la complejidad de las piezas con los costos asociados a la producción aditiva.

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Innovaciones que rompen los límites

Aunque estos retos impactan la fabricación a través de la impresión 3D, la innovación no se detiene, demostrando los beneficios y las capacidades que esta tecnología puede aportarle al sector.

Un ejemplo destacado es la carcasa de tren de aterrizaje delantero en titanio presentada por Safran, creada en una sola pieza mediante una máquina de SLM Solutions. Este componente, que tradicionalmente se fabricaba en tres partes, ahora es más ligero y rápido de producir gracias a la impresión 3D.

En España, la Maestranza Aérea de Madrid integró la fabricación aditiva para el mantenimiento de aviones y helicópteros del Ejército del Aire español, utilizando máquinas FDM para desarrollar herramientas y piezas reforzadas con fibras de carbono.

Por su parte, Norsk Titanium suministró piezas de titanio para el Boeing 787 Dreamliner mediante un proceso de deposición rápida de plasma, certificadas por la Administración Federal de Aviación (FAA). Esta tecnología mejora la resistencia y durabilidad de las piezas.

Así mismo, Cabin Management Solutions y Markforged colaboraron para imprimir en 3D piezas para aviones de lujo, utilizando impresoras Markforged X7 y materiales como el nylon reforzado con fibra de carbono Onyx FR, que cumplen con los estrictos estándares de la FAA.

ITP Aero utilizó la impresión 3D para diseñar componentes del motor UltraFan, logrando reducir el uso de materiales y la huella de carbono, mientras que Airbus, en colaboración con Materialise, certificó la producción de piezas para el avión A350 utilizando tecnología de sinterización selectiva por láser.

Otro caso es el de Saab que incorporó la impresión 3D para fabricar y reparar piezas internas de sus aviones de combate, demostrando la flexibilidad y adaptabilidad de esta tecnología. Con estos avances, la manufactura aditiva se ha ido consolidando como una herramienta esencial para el futuro de la industria aeroespacial, prometiendo mayor eficiencia y sostenibilidad.

¿Un avión supersónico a partir de impresión 3D?

Las innovaciones no se han detenido ahí. La compañía estadounidense Boom Technology está cruzando un nuevo horizonte de innovación con la fabricación de Overture, el primer avión supersónico del mundo, usando la impresión 3D en la producción de más de 300 piezas.

Este avión alcanza una velocidad de Mach 1.7, el doble de rápido que los aviones comerciales, lo que permitiría transformar viajes que antes requerían varios días de vuelo en trayectos que durarían solo algunas horas.

Para lograr sus ambiciosos objetivos, Boom Supersonic utilizó la plataforma 3DEXPERIENCE de Dassault Systèmes, que incluye herramientas como CATIA para el modelado 3D y ENOVIA para la gestión de datos de productos. Estas herramientas permiten a los ingenieros y a los proveedores colaborar en tiempo real en un entorno virtual, asegurando que todos trabajen con el mismo modelo de avión y optimizando cada aspecto del diseño y producción.

La impresión 3D juega un papel crucial en el desarrollo de Overture, permitiendo la fabricación rápida y precisa de componentes complejos. Esta tecnología no solo acelera el proceso de desarrollo, sino que también facilita la creación de piezas más ligeras y eficientes, contribuyendo a la sostenibilidad del avión.

Es así como la impresión 3D está transformando la industria aeronáutica, proporcionando las herramientas necesarias para llevar la innovación a nuevas alturas. Con empresas como Boom Supersonic liderando el camino, el futuro de la aeronáutica promete ser tan emocionante como accesible para todos.