capas arriba

May 07, 2023

La fabricación aditiva crea un caso para las aplicaciones principales en 2023 y más allá

Después de una breve desaceleración durante la pandemia, la industria de fabricación aditiva (AM) ha regresado con fuerza, impulsada por la demanda acumulada y la creciente aceptación, así como por los avances técnicos, las asociaciones innovadoras y oportunidades aparentemente ilimitadas con el potencial de una significativa —ya veces— beneficios sin precedentes.

El mercado se disparó de $ 1,700 millones en 2011 a $ 15,200 millones en 2021, y esa es solo la primera capa de crecimiento. Se pronostica que AM alcanzará los $ 21 mil millones este año y superará los $ 85 mil millones para 2031, según el Informe Wohlers sobre impresión 3D y fabricación aditiva del año pasado (la edición de 2023 saldrá pronto). El informe anual, que se publicó por primera vez en 1996, ofrece una visión completa de los últimos avances en productos y procesos de la industria, tratos comerciales, tendencias y desafíos de la industria, con base en entrevistas y otros aportes de cientos de expertos de las principales empresas AM de todo el mundo. . A fines de 2021, Wohlers Associates fue adquirida por ASTM International, la organización de estándares globales, para respaldar una adopción más amplia de AM en todo el mundo.

El crecimiento proviene de una variedad de frentes. Además de los primeros usuarios en la industria aeroespacial, automotriz y de atención médica, se están logrando avances en varias otras industrias y entre una base más amplia de empresas, dijo Terry Wohlers, quien fundó su organización homónima y ahora dirige sus servicios de asesoría y operaciones de inteligencia de mercado.

"Las empresas se están despertando y viendo tantas formas en las que la tecnología se puede aplicar potencialmente", dijo Wohlers, señalando los usos emergentes en la fabricación de alimentos, la electrónica impresa y la moda. "Ahora esos ejemplos están más allá. No quiero sugerir que el año pasado fue un gran año para ninguno de esos tres. No lo fue. Pero creo que las empresas se han dado cuenta de que es posible hacer mucho más. con aditivo".

A pesar de los éxitos recientes, aún quedan varios desafíos abrumadores. Las preocupaciones por los costos encabezan la lista, junto con la necesidad de estándares de la industria y una comprensión más profunda de los procesos y materiales de FA, especialmente entre las pequeñas empresas.

"En general, los aditivos siguen siendo un gran desafío, y si un cliente quiere participar, tiene que pasar por varios obstáculos", señaló Melanie Lang, directora ejecutiva de FormAlloy Technologies. "Está la parte de calificación de materiales y procesos, que se está volviendo más fácil, pero el acto de construir piezas sigue siendo bastante difícil para el taller promedio y requiere una inversión significativa en tiempo y recursos".

El resurgimiento pospandémico de AM se vio subrayado por una ola de fusiones y adquisiciones.

"En los últimos 12 meses se produjeron una serie de acuerdos de fusiones y adquisiciones, pero muchos de ellos son pequeñas empresas cuyos nombres el público en general no reconocería", dijo Wohlers. La creciente lista de jugadores también incluye nuevas empresas y empresas que habían estado trabajando entre bastidores pero que ahora se están preparando para la producción.

Al mismo tiempo, varios pesos pesados ​​corporativos están dando el salto a la fabricación aditiva. Esto incluye un mega acuerdo anunciado en diciembre que involucra a la empresa matriz de Facebook, Meta, que adquirió Luxexcel. Fundada en 2009, la empresa belga fabrica lentes impresos en 3D para gafas y otros tipos de sistemas ópticos, como la iluminación LED. Las dos empresas se asociaron anteriormente en el Proyecto Aria de Meta y se espera que amplíen esa iniciativa mediante el uso de la impresión 3D para desarrollar aún más las gafas de realidad aumentada.

En enero, Nikon completó la adquisición de una participación del 92 % en SLM Solutions Group por 622 millones de euros (675 millones de dólares). El acuerdo proporcionará a Nikon acceso a la tecnología de fusión de lecho de polvo láser de SLM, en la que la empresa alemana fue pionera. Mientras tanto, se espera que SLM se beneficie de la experiencia en equipos ópticos y de precisión de Nikon.

Nikon dio un paso más temprano en el mundo AM con la compra en 2021 del especialista en metales Morf3D. SLM se ha recuperado después de los problemas financieros en 2019 con nuevos contratos con la Fuerza Aérea de EE. UU. y la industria aeroespacial Rolls-Royce.

La inversión de Nikon en SLM es la última de una serie de actividades notables relacionadas con AM por parte de grandes empresas japonesas, incluidas Mitsubishi y DMG Mori, dijo Wohlers. Aunque Japón fue un actor clave en algunos de los primeros desarrollos de la industria, Wohlers dijo que la participación del país se había ralentizado hasta hace poco. Atribuye el interés renovado de Japón en parte al momento: incluso si no hay planes inmediatos para usar la tecnología para sus propios productos, las empresas corren el riesgo de perder socios potencialmente fuertes si esperan demasiado.

"La propiedad de estas empresas les da una idea de la tecnología, las aplicaciones y el mercado en general para que puedan tomar buenas decisiones sobre la fabricación aditiva", dijo Wohlers.

AM está cobrando impulso en la industria de la edificación y la construcción. Aunque una versión temprana de la tecnología se remonta a la década de 1930 con la "Máquina de construcción de paredes" patentada por William Urschel (una estructura de dos pisos hecha a partir del proceso sigue en pie en Indiana), la industria moderna de la construcción aditiva (AC) todavía está en desarrollo. todavía está en sus inicios, pero promete mucho, señaló el "Informe especializado sobre construcción de Wohlers". Aclamado como un posible cambio de juego, AC podría permitir una mayor libertad de diseño, automatización y repetibilidad de procesos, así como ahorros de costos y la construcción de estructuras más sostenibles, todo lo cual eventualmente podría ayudar a aliviar la crisis mundial de la vivienda.

Ha habido algunos avances recientes. Peri Group de Alemania, por ejemplo, ha completado varios proyectos de aire acondicionado desde 2020. Esto incluye una casa de un solo piso de 1,700 pies cuadrados [158 metros cuadrados] en Tempe, Arizona, que luce un interior de carga impreso en 3D y paredes exteriores.

Una de las claves para el crecimiento futuro de AM en la construcción y otros sectores es establecer estándares industriales para la tecnología. Esto incluye regulaciones, especificaciones y pautas para materiales y procesos, así como la calificación y certificación de productos.

"Las industrias no crecen ni maduran sin estándares", dijo Wohlers, señalando que la industria aeroespacial, automotriz, energética y de atención médica están altamente reguladas con procesos de certificación y estándares bien definidos para la fabricación convencional. La falta de estándares AM agrega tiempo. Como ejemplo, Wohlers citó una reunión con una importante empresa aeroespacial israelí el año pasado. "Me dijeron que podían terminar un diseño aditivo en cuestión de semanas, pero tomó meses, incluso un año o más, calificar y certificar todo".

La buena noticia, dijo, es que la comunidad AM "se ha dado cuenta de la importancia de los estándares" y está comenzando a avanzar. Desde 2009, cuando ASTM formó el comité internacional F42 para la fabricación aditiva, ASTM o una colaboración entre ISO y ASTM han desarrollado y publicado 47 estándares de consenso, según Wohlers. Además, señaló, otros 87 estaban en desarrollo a marzo de este año.

La cantidad de dispositivos médicos AM certificados por la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. pasó de menos de una docena hace una década a más de 250 en la actualidad. Wohlers prevé que esto crezca exponencialmente en los próximos años con miles de productos aditivos certificados por la FDA.

Los audífonos y dispositivos dentales impresos en 3D ya están muy extendidos, y al menos un fabricante ortopédico ha predicho que el 100 % de sus productos de implante eventualmente usarán AM. Para los implantes espinales, Wohlers explicó que la AM permite el uso de estructuras reticulares que "se integran bien en el hueso y de hecho crecerán dentro de él, por lo que se obtiene una mejor osteointegración con este tipo de implantes en comparación con los que se moldean y mecanizan".

Parte del atractivo de la fabricación aditiva es que se puede utilizar para crear formas únicas y productos altamente personalizados, con el potencial de impactar significativamente en la consolidación de piezas y la reducción de masa. Algunas innovaciones y desarrollos recientes dignos de mención durante el último año incluyen:

--Divergent Technologies, con sede en California, desarrolló un sistema automotriz flexible que combina la impresión 3D con el diseño generativo. La compañía está trabajando en 20 plataformas de vehículos diferentes, incluido el hiperauto 21C de 1200 hp de Divergent. El año pasado, la empresa comenzó a suministrar ensamblajes traseros impresos en 3D (con múltiples piezas de aluminio) a Aston Martin. Divergent, que tiene más de 500 patentes, afirma que su tecnología puede reducir el número de piezas en un 80 % y reducir la masa en un 20-70 %. La empresa ha recaudado unos 500 millones de dólares, incluida una inversión de 100 millones de dólares de Hexagon en diciembre.

--En febrero, Wilson Sporting Goods presentó una pelota de baloncesto sin aire impresa en 3D. Compuesto por un enrejado transparente negro con ocho "lóbulos en forma de panel", el prototipo es casi idéntico a las especificaciones de peso, tamaño y rebote de las pelotas actuales de la NBA, pero no necesita inflarse. Wilson contrató a EOS para la impresión 3D del proyecto, mientras que General Lattice proporcionó los servicios de diseño computacional.

--La ​​empresa de materiales poliméricos Evonik se asoció con BellaSeno para comercializar andamios impresos en 3D para la regeneración ósea. Los polímeros Evonik combinan una excelente estabilidad y flexibilidad, lo que permite que el andamio se absorba de forma segura a una velocidad que iguala la formación del hueso del propio paciente, según las empresas. AM elimina las limitaciones de los tratamientos tradicionales para defectos óseos y de tejidos blandos, que carecen de estabilidad y no pueden empaquetarse de manera controlada.

--El Mustang Shelby GT500 rediseñado de Ford está equipado con dos piezas de freno impresas en 3D construidas en el Centro de Fabricación Avanzada del fabricante de automóviles en Detroit, que está equipado con dos docenas de impresoras 3D, incluido un sistema totalmente autónomo.

--El gigante de los juguetes Hasbro se asoció con el innovador en impresión 3D Formlabs para desarrollar Hasbro Selfie Series, que permite a los fanáticos crear una figura de acción de 6 pulgadas, basada en Marvel, GI JOE y otros personajes populares, a su semejanza. Se creó una aplicación especial para teléfonos inteligentes que permite a los compradores escanear rápidamente sus rostros. Formlabs fue seleccionada en base a la calidad de sus impresoras de estereolitografía y resinas versátiles, según Hasbro.

--Stratasys firmó un acuerdo con Ricoh para proporcionar modelos anatómicos impresos en 3D para entornos clínicos. El proyecto combina la tecnología de impresión 3D de Stratasys, la solución de "segmentación como servicio" basada en la nube de Axial3D y los servicios AM de Ricoh en un solo sistema. Los modelos anatómicos impresos en 3D, que se dice que son biomecánicamente realistas con la sensación y la capacidad de respuesta de los huesos y tejidos reales, permiten a los médicos practicar cirugías complejas.

AM también está haciendo grandes avances en herramientas. "Se ha convertido en un verdadero punto ideal para herramientas de conformado grandes", señaló Wohlers. "Y cuando digo grande, me refiero a varios pies en todas las direcciones, lo que puede ser muy costoso".

Additive Engineering Solutions (AES), con sede en Akron, Ohio, utiliza aditivos para accesorios de moldura. Usando una materia prima termoplástica estándar en forma de gránulos, AES los funde y extruye para construir herramientas grandes.

"No es nuevo, pero estamos viendo mucho más, y hay una buena razón para esto", dijo Wohlers. "Las empresas no hacen algo a menos que puedan ganar dinero con ello. Estas máquinas han llegado a un punto en el que son muy buenas. Junto con la determinación del cliente de hacer que funcione mediante la adición de subsistemas y tal vez ajustando el software, el hardware o ambos , realmente puede pagar por ellos".

Otro beneficio: los fabricantes pueden usar AM para integrar sistemas de automatización. Para una máquina de pórtico u otro tipo de sistema de movimiento, dijo Wohlers, un robot puede mejorar el alcance y la precisión, y puede sostener cabezales de deposición y herramientas de corte. "Entonces, para las piezas de metal grandes que casi siempre requieren un mecanizado acabado, que pueden parecer una superficie de tipo soldado, entonces se deposita y luego se mecaniza.

Continuó: "Aleja la pieza del sistema DED (deposición de energía dirigida) y luego la monta en plataformas existentes, como el fresado CNC. Estos tipos de aplicaciones pueden ayudar a desarrollar sistemas DED. Pero no es una talla única para todos. , tiene que ver el trabajo. ¿Es una buena opción para fundición y mecanizado o es mejor para DED y mecanizado?"

FormAlloy, que se lanzó en 2016, se especializa en sistemas DED. Lang, quien apareció en la serie Voices AMplified de SME, dijo que el equipo de la compañía tiene cinco ejes de movimiento, control de circuito cerrado, láseres de múltiples longitudes de onda y alimentadores de polvo que pueden depositar 16 aleaciones diferentes en la misma construcción, o incluso en la misma capa.

La conversión de un diseño de producto existente a AM generalmente costará más que producirlo a través de métodos de fabricación convencionales. Además, la mayoría de las empresas que exploran o inician proyectos de impresión 3D lo hacen a ciegas.

"Las empresas van por este camino y realizan inversiones sustanciales sin saber con certeza si pueden justificar el costo de un nuevo diseño que se construirá de forma aditiva", advirtió Wohlers. "Eso es un impedimento. Pasas semanas, meses, tal vez más, pero no sabes con seguridad dónde vas a aterrizar. Se necesita mucho tiempo, planificación y experiencia para tener éxito".

Para empezar, dijo Wohlers, las empresas deben adoptar el diseño de herramientas de fabricación aditiva, como la optimización de topología, que él describe como dejar que las matemáticas decidan dónde colocar los materiales y optimizar la relación fuerza-peso. Los cuatro grandes proveedores de CAD (Autodesk, Dassault Systèms, PTC y Siemens) también se han metido de lleno en la fabricación aditiva.

"Si toma el mismo producto y consolida muchas partes en un solo componente, esto podría convertirse en una gran ventaja para los aditivos", dijo Wohlers. "Luego, da un paso más y comienza a eliminar material mediante la optimización topológica, junto con celosías y estructuras de malla. Es posible que ni siquiera necesite paredes sólidas en su diseño para reducir el costo y el peso".

Los sistemas de ejecución de fabricación (MES), que durante mucho tiempo han sido un elemento básico para los fabricantes tradicionales, también están ganando terreno en AM. La tecnología se puede usar para cotizar, comprar y rastrear trabajos a lo largo del ciclo de vida del producto, hasta máquinas individuales y diferentes materiales.

MES es aún más útil para AM, porque los fabricantes pueden necesitar rastrear miles de versiones diferentes de la misma pieza, incluso dentro de un solo ciclo de construcción. "El MES centralizado es particularmente importante cuando se trata de mucha capacidad, que los empleados y clientes en múltiples sitios ahora pueden rastrear y administrar según sea necesario", dijo Wohlers.

Conéctate con nosotros