Impresión 3D de metales en masa: una realidad

Es hora de apostarle al cambio hacia la manufactura aditiva, Hewlett-Packard nos trae una solución que promete revolucionar la impresión 3D de metales.

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La industria manufacturera ha evolucionado drásticamente durante la última década. Numerosas tecnologías han llegado de la mano de múltiples fabricantes, permitiendo un proceso de manufactura más rápido, flexible, económico y con capacidad para producir piezas más exigentes de una manera más eficiente. Nos encontramos actualmente en lo que pueden ser las primeras fases de una posible cuarta revolución industrial, encabezada por el crecimiento cada vez más rápido de la impresión 3D y la manufactura aditiva, que trae consigo una capacidad mejorada para acelerar los diseños, mejorar el desarrollo de los procesos y, como nunca antes se había visto, lograr verdaderas economías de escala en la industria.

El pasado 12 de septiembre de 2022, durante la celebración de la exposición de manufactura “International Manufacturing Technology Show” (IMTS por sus siglas en inglés), que tuvo lugar en Chicago, HP Inc anunció el lanzamiento y disponibilidad comercial inmediata de su impresora Metal Jet S100. Esta solución, asegura la compañía, está transformando las industrias y ayudando a escalar a los metales para la producción por impresión 3D en masa, mientras que acelera diseños y productos innovadores al imprimir de forma masiva piezas metálicas de alta calidad. 

“Estamos siendo testigos de industrias enteras, desde la industrial hasta la de consumo, y desde la médica hasta la automotriz, que buscan transformar digitalmente sus procesos de fabricación y cadenas de suministro en un mundo donde la volatilidad es la nueva normalidad”, dijo Didier Deltort, presidente del negocio de personalización e impresión 3D de HP. “A medida que se afianza la promesa de la fabricación aditiva, HP se ha convertido en un socio de confianza para ayudar a acelerar el camino hacia la producción. La introducción de nuestra nueva solución comercial Metal Jet, junto con la colaboración innovadora con diversos líderes del mercado, está brindando el modelo para una fabricación más sostenible, confiable y eficiente”, añadió.

Impresora HP Metal Jet S100. Foto cortesía de HP Inc

 

Más que una impresora 3D

La nueva apuesta de HP abre las puertas para una reinvención digital del sector de manufactura de metales, con un enfoque principal en soluciones de la cadena de suministro (tanto en software como en hardware) centradas en cada cliente y dirigidas por el diseño que se requiera. En este mundo en el que cada vez hay menos personal (y ofertas de trabajo) en el sector de la manufactura tradicional de metales, se hace necesario pensar y actuar encaminados hacia la manufactura aditiva de metales, ayudándonos en las nuevas tecnologías que facilitan esta transición.

Una escasez global de la mano de obra en el sector de manufactura de metales significa que la producción de piezas, a menudo, enfrenta largos plazos de entrega para el mecanizado y las herramientas, y sus cadenas de suministro permanecen rígidas, sin posibilidades para mover la producción o alterar un diseño. Si la producción de piezas metálicas se puede automatizar y digitalizar, gracias a la manufactura aditiva con la línea Metal Jet, se puede también flexibilizar la manufactura y disminuir los tiempos de entrega largos que existen hoy en día.

La Metal Jet S100 brinda capacidades de producción industrial, un flujo de trabajo integrado y ayuda a los clientes a alcanzar objetivos de transformación comercial. Esta solución de HP está compuesta por cuatro estaciones de trabajo (o equipos de trabajo), permitiendo al usuario ejecutar continuamente una producción a escala para producir piezas metálicas en masa. Esta no es solo una impresora 3D, sino un conjunto de equipos modulares para la inyección de aglutinante de metal para la producción a escala. Los equipos están compuestos así:

1. Sistema de gestión de polvo, que automatiza la mezcla, el tamizado y la carga de polvo fresco o recuperado sin intervención humana. Hasta ahora, HP ha calificado como compatibles aceros inoxidables, así como aleaciones de níquel y cobalto para ser empleadas, pero se encuentran expandiendo este rango de metales.

2. La propia impresora 3D Metal Jet, que utiliza cabezales de impresión para depositar el aglutinante en una cama de polvo metálico para construir piezas.

3. Una estación de curado, que calienta uniformemente la unidad para curar el aglutinante. HP reporta que, después del curado, las piezas contienen sólo un 1.5% de aglutinante en peso, dependiendo de la geometría.

Sistema de eliminación de polvo, que utiliza vibración ultrasónica para eliminar y recolectar el polvo no adherido de las piezas, de modo que pueda devolverse al sistema de gestión de polvo y reutilizarlo lo más posible.

 

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Potencial ilimitado para la fabricación de piezas

“Desde que anunciamos la innovadora tecnología Metal Jet en 2018, hemos estado trabajando para desarrollar la solución comercial más avanzada de la industria para la producción en masa de metales en 3D”, dijo Ramón Pastor, director global y gerente general de 3D Metals, HP Inc. “Las piezas de metal impresas en 3D son una fuerza impulsora clave detrás de la transformación digital y la nueva solución Metal Jet S100 proporciona una oferta de metales de clase mundial para nuestros clientes, desde los primeros diseños hasta la producción, pero lo que es más importante, les ayuda a darse cuenta del potencial ilimitado de la fabricación digital”.

Adicionalmente, la ingeniera de aplicaciones Alejandra de la Hija, del equipo de HP Metal Jet, ha establecido cinco indicadores para definir si una pieza metálica es cantidad ideal para ser fabricada con Metal Jet:

1. Funcionalidad/rendimiento: Los componentes como los intercambiadores de calor pueden lograr una mayor funcionalidad a través de diseños que son posibles gracias a la impresión 3D.

2. Tamaño y peso: Reducir el peso de las piezas tiene implicaciones en el uso de materiales y el rendimiento del producto, como la economía de combustible, el alcance y la carga útil.

3. Ensamblaje: La consolidación de varias piezas en una no solamente reduce la mano de obra, sino que también puede simplificar la lista de materiales de un producto y reducir la cantidad de piezas que deban estar disponibles en el inventario.

4. Variaciones en el diseño: Con la manufactura convencional, esto significaría disponer de herramientas para cada variación, pero con la manufactura aditiva puede significar desarrollar familias de piezas con parámetros de proceso compartidos, pero geometrías ligeramente diferentes sin necesidad de estas herramientas.

Eficiencia de costos: Analizar la complejidad frente a otros procesos de fabricación. Si una pieza requiere más de cuatro cambios de herramienta o configuraciones para mecanizarla por completo, puede ser una buena candidata para ser fabricada con Metal Jet.

Equipos de trabajo que complementan la HP Metal Jet S100. Foto cortesía de HP Inc

 

Las ventajas gracias a la experiencia

La trayectoria de HP en tecnología de inyección de tinta térmica y sustancias químicas de látex brindan ventajas de costo, calidad, productividad y confiabilidad, afirma la compañía. El cabezal de impresión de inyección de tinta térmica de HP mejora drásticamente la velocidad de impresión, la calidad de las piezas y la repetibilidad del proceso. Paralelamente, las sustancias químicas de látex avanzadas desarrolladas por HP brindan beneficios significativos al aglutinante en sí mismo, lo que permite obtener piezas más fuertes y brindando calidad del grado de una producción industrial.

Las principales ventajas de la tecnología HP Metal Jet incluyen:

∙ Nuevos diseños: Nuevas geometrías, el control de densidad y diseños para reducir el peso de piezas metálicas desafían a los límites de lo que es posible gracias a la impresión 3D.

∙ Mejor economía: Los pasos necesarios del proceso de una pieza se acortan, mientras que los costos de mano de obra y los requisitos de complejidad se reducen, impulsando la eficiencia de la cadena de producción.

∙ Mayor productividad: El aglutinante puede multiplicar hasta diez veces la productividad, lo que permite procesar cada pieza capa por capa. Las propiedades isotrópicas no requieren procesamiento posterior y el uso de polvos metálicos es más rentable que el polvo de impresión 3D basado en láser.

∙ Mayor calidad: Los cabezales de impresión HP brindan alta resolución y solidez al sistema, lo que hace que las piezas metálicas manufacturadas por impresión 3D de manera masiva sean una opción viable comercialmente.

Colaboración innovadora, aplicaciones revolucionarias

Actualmente, HP ha logrado un gran impulso debido a asociaciones con socios importantes respecto al uso de su Metal Jet S100, incluidos GKN, Parmatech, Legor Group y Volkswagen, entre otros. La compañía también esta colaborando en oportunidades de producción de metales en masa con clientes de todo el mundo, incluyendo a Schneider Electric.

“Estamos entusiasmados con las nuevas posibilidades para nuestro negocio como resultado de esta colaboración con HP”, dijo Michael Lotfy, vicepresidente sénior de Power Products & Systems de Schneider Electric. “Buscamos constantemente soluciones que permitan un desarrollo de innovaciones más sostenible y ágil. Aprovechando a HP Metal Jet, nuestros equipos han entregado un caso de uso que muestra los beneficios de la fabricación digital y la impresión 3D, y esperamos descubrir muchas más aplicaciones que satisfagan las demandas cambiantes de nuestros clientes que abordan los desafíos en torno a la sostenibilidad y la Electricidad 4.0”.

Fruto de un trabajo en conjunto con GKN, se produjo un nuevo filtro de energía con la tecnología de HP Metal Jet para ser utilizado en el interruptor NSX de Schneider Electric. Esta pieza no se pudo fabricar con las técnicas de manufactura industrial convencionales debido a la complejidad de la forma y el material. Emplear la Metal Jet no solo facilitó el diseño de nuevas formas para el filtro (que redujo el impacto del gas, la presión y el calor), sino que también resultó en importantes ganancias de productividad y beneficios ambientales para Schneider Electric, concluyó HP.

Esperaremos con ansías que clientes y aplicaciones como esta sigan sucediendo, en dónde se implemente la manufactura aditiva en masa y los procesos se tornen más eficientes, flexibles y económicos.