¡Por fin! Impresión metálica en 3D para pequeños fabricantes
- Desde su sede en Alemania, One Click Metal ha creado un método asequible, seguro y sencillo para que las pequeñas y medianas empresas (pymes) agilicen el desarrollo de producto.
- Su máquina compacta aprovecha las herramientas más avanzadas de diseño generativo para convertir el polvo metálico en un éxito empresarial.
- Con apenas unos clics, se obtienen prototipos metálicos en 3D mediante una tecnología aditiva de última generación que hasta ahora solo se podían permitir las grandes empresas con presupuestos desorbitados.
Hasta hace poco, para dar forma al metal había que poner en marcha un enorme horno de fundición para sobrecalentar una aleación de materias primas metálicas que, cual río de lava, era conducida a un molde de silicona para que se enfriara. Pero actualmente los fabricantes pueden conseguir resultados similares de una manera mucho más sencilla y con menor consumo energético mediante la fusión láser por lecho de polvo (LPBF, por Laser Powder Bed Fusion), un tipo de fabricación aditiva metálica a base de polvo metálico refinado.
Mientras que las impresoras 3D están muy extendidas, desde escuelas a plantas de producción, la impresión metálica en 3D no es tan común, en parte debido a que sus costos eran prohibitivos. Por otra parte, aunque la tecnología no ha dejado de perfeccionarse durante más de una década, todavía es difícil de manejar si la comparamos con la impresión 3D estándar. Además, exige maquinaria más grande y compleja.
Pero la empresa alemana One Click Metal está decidida a cambiar esta situación. Para ello, ha creado BOLDseries, un sistema de impresión aditiva metálica asequible, portátil y fácil de utilizar sin que la calidad se vea afectada. Su objetivo es aprovechar las posibilidades de la impresión metálica en 3D para ofrecer a miles de los pequeños y medianos fabricantes que sostienen la economía europea una manera rápida y económica de prototipar productos y componentes de altas prestaciones y de diseñar piezas que fabricar en serie.
Una impresión metálica asequible
Aunque en su origen One Click Metal era una unidad de I+D de Trumpf, uno de los mayores grupos empresariales del mundo en el campo de las herramientas de fabricación y láser, se independizó de la matriz cuando sus directivos vieron la posibilidad de transformar su vasto conocimiento en láser en una revolucionaria oportunidad de negocio.
Las materias primas de la mayoría de las impresoras 3D provienen de las mismas sustancias plásticas: polímeros moldeables muy abundantes en la corteza terrestre. Pero los distintos tipos de nailon, policarbonato y estireno presentan alta porosidad y no muy buena configuración química. La impresión con metal no tiene nada que ver: los productos industriales pesados, como los álabes de las turbinas o los motores para vehículos necesitan materiales mucho más resistentes. Solo el metal es capaz de proporcionar una microestructura cristalina lo suficientemente sólida como para soportar los esfuerzos mecánicos, la temperatura y la presión propios del uso industrial.
Las unidades de One Click Metal tienen el tamaño de una máquina de vending. Emplean un polvo metálico industrial que viene en cartuchos estandarizados para mayor seguridad. Basta con encajar el cartucho, cargar o programar un archivo de diseño 3D creado con una herramienta como Netfabb, de Autodesk, y darle a “imprimir”.
El láser de fibra de 200 W de la unidad de impresión 3D de MPRINT proporciona una alta productividad y precisión, incluso en aplicaciones metálicas complejas. Por su parte, la unidad MPUREpro cumple una doble función. Por un lado, permite extraer la pieza y retirar el polvo sobrante que la cubre; por otro, cuenta con un tamiz autónomo que, mediante ultrasonido, recicla el polvo procesado y lo incorpora a un cartucho listo para ser reutilizado. Las unidades MPRINT son tan versátiles que pueden crear sus propios componentes. Con ayuda de Fusion 360, de Autodesk, One Click Metal pudo diseñar y producir la sofisticada pieza que abre y cierra los cartuchos de polvo.
“Las limitaciones de espacio en el punto de ensamblaje y las especificaciones del fabricante del motor obligan a utilizar una chaveta corrediza para la transmisión de la potencia ―explica el director ejecutivo de One Click Metal, Gerrit Brueggemann―. Hay dos opciones: hacer el chavetero para alojarla mediante prensa o brochadora, o fresar la chaveta en la pieza. El diseño y la elaboración aditivos son en este caso la mejor opción”.
En vez de fabricar estas piezas de apertura y cierre de los cartuchos por separado, One Click Metal utilizó Netfabb para empaquetarlas. Ya en su diseño se puso especial cuidado en asegurar que pudieran solaparse convenientemente. Para ello, se coloca siempre una pieza sobre la anterior, rotadas 180 grados, lo que facilita el empaquetado. “Esto reduce mucho el tiempo y los costos de producción”, afirma Brueggemann.
Un mercado en expansión
One Click Metal ha irrumpido en el mercado de la impresión aditiva metálica en el momento justo. En 2022, Grand View Research valoró el mercado mundial de la impresión metálica en 3D en 3520 millones de dólares (unos 3300 millones de euros), con una proyección de crecimiento anual del 23,9 % entre 2022 y 2030. Según su último informe, la impresión metálica en 3D ha obtenido un fuerte impulso por la creciente necesidad de un prototipado rápido y las técnicas más avanzadas de fabricación.
Incluso la NASA se ha subido al carro. La agencia espacial estadounidense ha dicho que quiere imprimir en 3D más del 80 % de los futuros motores para naves espaciales mediante sistemas aditivos metálicos. Por su parte, Elon Musk ha anunciado que SpaceX va a invertir en impresión metálica en 3D para aumentar la capacidad de producción de la empresa.
Y quizá sea la construcción quien dé el siguiente paso. En 2021, el Imperial College de Londres inauguró en Ámsterdam el primer puente metálico impreso en 3D.
El reto: llevar el metal al gran público
Aunque la entrada en escena de One Click Metal no ha podido ser más oportuna, su camino no ha estado exento de dificultades. Su modelo de negocio pasa por hacer llegar la impresión 3D mediante polvo metálico a las pymes, por lo que era preciso reducir mucho los precios y el espacio necesario para su instalación.
El espacio, los gastos, la complejidad y la seguridad han sido los principales escollos de la impresión metálica en 3D. Para superarlos, One Click Metal ha recurrido a las herramientas de colaboración en la nube que ya habían consensuado los expertos en láser de la empresa matriz y sus socios de la cadena logística para resolver problemas y aportar soluciones de diseño complementarias.
“En su momento, identificamos tres grandes obstáculos para hacer llegar la impresión aditiva metálica a un mercado más amplio ―recuerda Brueggemann―. El primero fue el propio polvo metálico. Su manejo es problemático, sobre todo para empresas pequeñas que tienen la unidad junto a su maquinaria convencional de fabricación. Por cuestiones de calidad, hay que evitar que el polvo se humedezca o contamine”.
El segundo reto fue cómo diseñar una máquina de impresión metálica en 3D que fuera al mismo tiempo funcional y asequible. Por último, la formación necesaria para su funcionamiento no debía ser muy exigente. “Tenía que ser fácil de manejar. Muchas empresas no van a utilizarla de manera continuada desde el primer momento; suelen empezar obteniendo prototipos de sus primeras ideas, que van materializando en productos a lo largo del tiempo. En el sector industrial, la inversión inicial ha sido un factor decisivo a la hora de aceptar o no los costos de la impresión metálica en 3D”, reconoce Brueggemann.
Por ello, una de las innovaciones clave de One Click Metal ha sido el cartucho estandarizado de polvo metálico, que elimina la necesidad de manipular directamente el polvo, garantiza una mayor calidad y posibilita la recuperación del polvo sobrante para reutilizarlo.
“En líneas generales, todas las unidades de LPBF del mercado funcionan parecido, pero teníamos claro que no basta con una buena máquina ―dice Brueggemann―. Por otra parte, el proceso es todavía muy novedoso, así que procuramos unificarlo todo en un sistema facilísimo de utilizar, tal como quieren los clientes. Como recoge el nombre de la empresa, basta con un clic”.
Un salto al futuro
En la actualidad, las máquinas cuentan con un espacio de construcción de 150 × 150 × 150 mm, por lo que todavía tienen mucho margen de innovación. One Click Metal ha utilizado su unidad MPRINT para crear un dron perfectamente operativo que integra distintas piezas en una única forma metálica, muy compleja.
Brueggemann cuenta que uno de los empleados es piloto de drones, y fue él quien propuso utilizar la máquina para crear un dron metálico optimizado, de modo que se pusieron en contacto con el equipo de diseño generativo de Autodesk para recibir asesoramiento: “Analizamos las múltiples piezas independientes de un dron y ensayamos distintos diseños que incorporaban todas ellas en un cuerpo único. Fusion 360 nos ayudó mucho en el proceso de optimización y también en el control de los costos”.
Colaborar en la nube
Mientras la empresa se prepara para otro agitado año en ferias de muestras, con compromisos comerciales por todo el mundo, Brueggemann afirma que el crecimiento de One Click Metal dependerá de su capacidad de colaboración: “En el proceso de ventas, nosotros y nuestros socios comerciales ayudamos a los clientes a encontrar la solución idónea a su problema, les ofrecemos cálculos de costos y asesoramiento sobre diseño aditivo. En ese sentido, Fusion 360 y Netfabb son perfectos. Dan las mejores prestaciones al mejor precio. Y, además, no dejan de mejorar”.
Por último, añade que los programas de Autodesk para instituciones educativas generan un importante valor añadido: “Estamos trabajando con universidades y estudiantes en varios proyectos. En la nube, cualquiera puede colaborar en un equipo y utilizar la misma plataforma de diseño”.