¿Qué es la fabricación aditiva? Aplicaciones, tecnologías y ventajas

Si te dedicas a la fabricación, o en tu empresa la fabricación es una parte importante del proceso de producción probablemente conozcas la fabricación aditiva. Si no es así, déjame decirte que te estás perdiendo una tecnología (o conjunto de tecnologías) que podrían agilizar enormemente la manera en la que produce tu empresa, además de otras muchas ventajas.

¿Suena bien verdad? Pues quédate porque en este artículo te contaremos lo que necesitas saber sobre la manufactura o fabricación aditiva. ¿Es una buena alternativa para el caso concreto de tu empresa? ¿Puede sustituir a otros medios de fabricación? Todo esto y mucho más te lo contamos en Bitfab.

Qué es la fabricación aditiva

La fabricación aditiva, o manufactura aditiva como se conoce en algunos sectores, hace referencia al conjunto de tecnologías que permiten la fabricación de objetos de manera secuencial, habitualmente capa a capa.

Se define como aditiva porque el material se añade secuencialmente, en contraposición a la manufactura más tradicional (sustractiva) donde se quita material de un bloque sólido hasta quedar con la pieza final. Ejemplos de manufactura sustractiva son el torneado, el CNC o los procesos de corte en general como corte láser, corte por chorro de agua, corte por mecanizado…

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De esta manera, múltiples capas de un material se apilan hasta dar la forma definitiva al objeto que se esté construyendo, pudiendo variar el tipo de material, la altura de las capas, la manera en la que las capas se depositan unas sobre otras…

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Como ves, aunque lo llamamos fabricación aditiva, nos estamos refiriendo a un mundo muy amplio, que realmente abarca tecnologías extremadamente diversas.

Tal vez el término concreto «fabricación aditiva» fuera desconocido hasta hoy, pero seguro que este te suena más : Impresión 3D. Debido a la similitud que este proceso guarda con la impresión en papel que todos conocemos, donde se imprime línea a línea hasta formar una imagen, se ha abstraído este término y mucha gente llama impresión 3D a la manufactura aditiva.

Realmente la impresión 3D como tal es sólo una de las variedades de manufactura aditiva, pero como concepto nos ayuda a visualizar cómo funciona esta familia de tecnologías y cómo puede agilizar y abaratar la fabricación.

Las ventajas de la fabricación aditiva

Pues bien, ahora que ya sabemos qué es la manufactura aditiva, seguramente podáis imaginar muchas ventajas que estas tecnologías pueden tener sobre medios de fabricación más convencionales.

Obviamente cada tecnología dentro de la fabricación aditiva tiene sus propias ventajas respecto a las demás, pero al compartir una metodología comparten también una serie de ventajas

Reducción del material usado

Puede resultar obvio, pero al depositar la cantidad justa de material en vez de quitar material de un bloque sólido, no generamos desperdicios. Os pondremos como ejemplo la figura siguiente

Se trata de un pequeño peón de 25 mm de altura de un juego de piezas de ajedrez. Supongamos que esta pieza se fabricase mediante una técnica más tradicional como por ejemplo el torneado de un bloque macizo. Suponiendo el caso ideal más optimista, en el que pudiéramos usar la cantidad mínima de material aún tendríamos que usar un bloque como el que podemos ver a continuación

En este caso concreto, estaríamos hablando de una reducción de material de aproximadamente el 70%. Esto podría optimizarse más aún, ya que podríamos fabricar la pieza con un relleno inferior al 100% de manera que la se reduciría aún más la cantidad de material utilizado.

En un caso extremo, pero perfectamente factible, podríamos ahuecar por completo la pieza, dejando una «corteza» de 1.5 mm. En este caso habríamos reducido el material usado más de un 97% con respecto a la manufactura sustractiva, aún suponiendo un caso ideal para esta.

Capacidad de fabricar objetos con geometrías complejas

Si alguna vez habéis diseñado una pieza para fabricarla con medios más tradicionales como pueda ser CNC, sabréis que muchas geometrías son literalmente imposibles de fabricarse. Es por esto que es común tener que dividir la pieza en varias piezas más pequeñas para evitar así geometrías complejas, requiriendo un ensamblado posterior y un aumento del tiempo de fabricación y diseño.

La fabricación aditiva nos permite realizar piezas que serían prácticamente imposibles de conseguir con otros medios, con geometrías extremadamente complejas.

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Piezas como la que os enseñamos arriba son fabricadas habitualmente para demostrar las capacidades técnicas de los equipos de fabricación aditiva, dejando patente su ventaja sobre otros medios de fabricación.

Reducción del coste de fabricación para series cortas

Si bien el coste de fabricación varía enormemente en función de qué tecnología de fabricación aditiva usemos, en general el precio es bastante más reducido que con manufactura tradicional.

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La gráfica anterior nos muestra que el precio para series cortas es inferior en la manufactura aditiva. Es cierto también que el precio prácticamente no decae con el número de unidades, como sí ocurre con la manufactura sustractiva o la fabricación por inyección en molde.

Mayor velocidad y menor coste de prototipado

Como hemos visto en el apartado anterior, la fabricación aditiva es la tecnología más barata cuando el número de unidades de una pieza que queremos producir es baja. Es por esto que es ideal para prototipado rápido, donde queremos hacer sólo una o unas pocas unidades de una pieza para poder comprobar los posibles fallos.

Esto encaja además con las conocidas metodologías ágiles como Scrum, donde el desarrollo de un producto requiere del prototipado iterativo hasta alcanzar una versión definitiva.

Además de ser más barato, también es más accesible. Equipos de manufactura aditiva como impresoras 3D FDM de las que hablaremos más adelante, son muy baratos de adquirir, mantener y operar, por lo que es viable para casi cualquier empresa tener su propio taller de prototipado, al contrario de lo que ocurre con equipos como CNC o fresadoras multi eje

Como resumen os dejamos esta imagen, donde podéis ver dónde se sitúa la fabricación aditiva, y más concretamente la impresión 3D, frente a otros modelos de fabricación.

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Para fabricar pocas piezas y de elevada complejidad, elegir la manufactura aditiva te ayudará a ahorrar costes, prototipar más rápido y por ende antes y más barato en el mercado.

Tecnologías de fabricación aditiva

Como ya os hemos adelantado a lo largo de las secciones anteriores, existen un montón de tecnologías que caen dentro de la familia de la fabricación aditiva. Nosotros os vamos a hablar de las que consideramos más interesantes, ya que, dado lo puntero de este campo, existen una variedad casi ilimitada y no podemos hablaros de todas.

El rey, la impresión 3D FDM

La impresión 3D FDM, o impresión por deposición de plástico fundido es actualmente una de las tecnologías más usadas (si no la que más) en la manufactura aditiva. Esto se debe principalmente a varios factores que os vamos a explicar ahora mismo.

  • Coste inicial muy reducido: Las impresoras 3D FDM se han vuelto extremadamente accesibles en los últimos años. Existen multitud de gamas, pero si nos vamos a una gama profesional o semi profesional podemos encontrar alternativas por debajo de los 1000 euros. Algunas marcas como Raise3D, Ultimaker o BCN3D fabrican equipos de muy buena calidad, con costes asequibles para tratarse de una máquina profesional y muy buen servicio post-venta. Otras marcas como Prusa intentan entrar en este mercado profesional, pero de esto os hablaremos un poco más adelante.
  • Coste de materiales muy reducido: Al igual que ocurre con las máquinas en sí mismas, el material empleado, que puede ir desde PLA hasta nylon o policarbonatos, ha reducido su coste a la par que ha aumentado su calidad en los últimos años. Es por esto que, con respecto a otras tecnologías, no solo empleamos menos material, como hemos visto antes, sino que este material acostumbra a ser de un precio bastante asequible, que puede ir de los 10 a los 80 euros dependiendo del tipo de polímero.
  • Enorme variedad de materiales: Como os acabamos de decir, la variedad de materiales es enorme. Dependiendo de la aplicación podemos buscar un polímero barato, sin muchas pretensiones como el PLA, o podemos necesitar piezas resistentes a la abrasión como el PoliCarbonato. Si necesitamos una pieza flexible podemos usar TPU o TPE, mientras que si lo que necesitamos es un material muy ligero podemos emplear mezclas con fibra de carbono. Como ves la variedad es extremadamente amplia. Además, existen varias alternativas como Palette 2 para fabricar piezas que combinen varios materiales
  • Facilidad de uso: Las impresoras 3D FDM en general son máquinas bastante fáciles de usar, sobre todo las de gama profesional. Esto hace posible que se pueda tener un pequeño centro de producción o prototipado en la propia empresa, sin necesidad de personal especialmente cualificado.
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Impresoras 3D de resina

Existen multitud de tecnologías que persiguen el mismo fin, imprimir en 3D usando resina fotosensible como material. Con este fin, se utilizan multitud de técnicas, siendo las más usadas SLS (Selective Laser Sintering) y SLA/DLP (estereolitography).

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En ambos casos se utiliza una fuente de luz para solidifcar una resina fotosensible, formando las piezas capa a capa. Existen dos tecnologías diferentes, SLA y DLP, que se diferencian en la fuente de luz que se usa para polimerizar (solidificar) la resina. SLA usa un láser y DLP usa un proyector o una pantalla LCD, pero los resultados son similares para la mayor parte de las aplicaciones.

Hay algunas diferencias entre estas tecnologías, pero por lo general tienen las mismas ventajas:

  • Muy elevada resolución: Mientras que en FDM la resolución en el plano horizontal suele rondar los 0.5mm y 0.1mm en el eje vertical, las impresoras de resina pueden facilmente alcanzar resoluciones mucho mayores. Impresoras profesionales como la Form 3 de Formlabs alcanzan una resolución en el plano XY de 0.025mm, o 25 micras, y de 0.01mm o 10 micras en el eje z.
  • Simplicidad de uso: Estas máquinas funcionan de una manera muy simple, y tienen muchas menos partes móviles que una impresora FDM o que otra pieza de maquinaria compleja como un torno o una fresadora. Las impresoras profesionales de esta tecnología son prácticamente plug and play, y requieren unos conocimientos mínimos para manejarse.
  • Alta velocidad: A pesar de imprimir a una resolución muy elevada, las impresoras de resina, sobre todo las de esterolitografía. En este aspecto, nuevos modelos de impresora alcanzan velocidades sorprendentes de hasta una capa por segundo. Os dejamos un vídeo muy interesante donde se enseña una máquina muy puntera, capaz de imprimir a velocidades asombrosas

Si bien este tipo de impresoras tiene sus ventajas, también tiene algunos problemas que no podemos obviar:

  • Son bastante sucias: Al trabajar con resina, es imposible evitar que el taller sea un lugar más sucio. Es posible que, dependiendo de el caso de uso, necesitéis un certificado especial para poder alojar un taller de impresión 3D de resina, ya que hay que garantizar buena ventilación y salubridad.
  • La resina es bastante más cara: Las resinas para impresión 3D pueden llegar a ser bastante caras, y su precio oscila entre los 50 y los 300 euros el kilogramo.

Fusión de polvo (PBF)

La fusión de lecho de polvo o Powder Bed Fusion se puede realizar a través de diversas tecnologías, tal y como ocurría en el caso anterior. Desde SLS (de nuevo, pero sinterizando polvo en vez de resina) hasta fusión por haz de electrones o EBM.

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En todas estas tecnologías se busca solidificar una pieza a partir de un polvo, habitualmente metálico, de materiales como el titanio o el aluminio. Algunas de las principales razones por las que elegir estas tecnologías son:

  • Libertad de diseño nunca antes vista: Por lo general, cuando hablamos de impresión 3D, el medio en el que se suele dar la impresión es el aire. Es por esto que, cuando una parte de nuestra pieza no está en contacto directo con la base, requiere que se utilice una estructura de soporte, ya que no se puede imprimir en el aire. Este problema no ocurre en las impresoras de polvo (dependiendo de qué tecnología se use), ya que la impresión ocurre en una cámara llena de este material, por lo que se pueden fabricar estructuras increíbles sin la necesidad de una estructura que soporte los puentes o voladizos.
  • Resistencia: Al usarse materiales metálicos, se puede alcanzar una resistencia increíble, similar a la obtenida mediante técnicas tradicionales como el CNC

Otras tecnologías

Existen muchas más tecnologías, como el jetting, útil para crear piezas a todo color. No podemos hablaros de todas ellas en este artículo, pero si tenéis alguna necesidad concreta, no dudéis en buscar ayuda profesional contactando con nosotros en el formulario que te dejamos al final del artículo.

Casos de uso

Os hemos hablado de unas cuantas tecnologías que puedes servir para acelerar, abaratar o agilizar vuestros procesos de producción, así que ahora os vamos a enseñar algunos casos de uso concreto donde la manufactura aditiva puede suponer una ventaja asombrosa.

Prototipado rápido

Si en tu empresa trabajas con metodologías ágiles, seguro que te has dado cuenta de muchas de estas tecnologías pueden agilizar mucho este tipo de modelos de producción iterativos.

La impresión 3D FDM en concreto puede resultar increíblemente útil, ya que permite fabricar piezas rápidamente para probar su funcionalidad. A nivel particular, en Bitfab somos expertos en prototipado rápido mediante impresión 3D, así que desde nuestra experiencia podemos afirmar que esta tecnología puede revolucionar la manera de funcionar de muchas empresas.

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En cuestión de días, o incluso horas si dispones de tu propio taller, puedes tener listo un prototipo de tu modelo, para poder comprobar si satisface las necesidades estipuladas.

Producción de piezas finales

Si lo que buscamos es una manera más ágil e inmediata de producir nuestras piezas finales, la manufactura aditiva puede ser un gran empuje.

Imaginemos por ejemplo una empresa que fabrique equipos electrónicos bajo demanda. Esta empresa necesitará una caja o carcasa para su equipo, por lo que se le plantea una decisión.

Por un lado podría comprar una caja ya hecha, y adaptar el diseño del propio equipo para encajar en esta caja. Esto puede requerir mover ciertos componentes, rediseñar alguna PCB o incluso reinventar parte del equipo. Además estas cajas probablemente carezcan de la personalidad propia que querrías darle a tus equipos.

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Por otro lado, podría encargar la fabricación específica de una caja que satisfaga sus necesidades concretas de dimensiones y apariencia. La manera más habitual es la de encargar un molde para realizar las cajas por inyección de plástico en este molde. Esta alternativa es habitualmente muy costosa, y probablemente sea inviable para series cortas de producción.

Con la fabricación aditiva podemos tener nuestro pequeña granja de impresoras FDM que nos permita fabricar series cortas de cajas personalizadas al milímetro.

El ejemplo que os hemos dejado se trata de un equipo del que se requería una serie de unas 100 unidades. Como podéis ver, ninguna caja comercial habría tenido las dimensiones ni puertos apropiados para este equipo.

Además, la flexibilidad que tendríamos sería enorme, ya que se podría adaptar la caja para incluir elementos personalizados para cada cliente con muy poco esfuerzo. En el ejemplo que os ponemos a continuación podéis ver cómo hemos diseñado una caja mucho más dinámica que la típica caja lisa, quedando un equipo con personalidad propia.

Fabricación bajo demanda

En el caso de que nuestra empresa se dedique a la fabricación bajo demanda de bienes, la manufactura aditiva es una gran alternativa.

Recuerda que existe una enorme cantidad de tecnologías, por lo que casi cualquier pieza que puedas imaginar puede ser fabricada, incluso aquellas que parecerían imposibles bajo el prisma de las tecnologías de manufacturado tradicionales bien sea por su complejidad o por su coste para una sola unidad.

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Es por eso que la manufactura aditiva puede ayudarnos fabricando esa pieza concreta y rara que necesitas y que no encuentras en ninguna parte.

Un buen ejemplo sería la restauración de equipos electrónicos antiguos, como calculadoras o consolas. Aunque pueda sonar raro, hay muchas empresas cuya principal actividad es la restauración de equipos electrónicos, y uno de sus mayores quebraderos de cabeza es encontrar piezas originales de aparatos que dejaron de fabricarse hace décadas.

Es aquí donde entra la manufactura aditiva, ya que habitualmente las piezas que más sufren en un equipo electrónico son aquellas que están a la vista, como la carcasa o los botones. ¿Alguna vez has intentado buscar esa tapa de batería que le falta al equipo que tu cliente te ha encargado restaurar? Probablemente te haya costado un mundo encontrarla, y si lo has hecho su precio no sería bajo.

Mediante la manufactura aditiva podemos fabricar casi cualquier pieza que se nos ocurra, para solventar problemas muy concretos que diferirán de encargo en encargo.

Conclusiones

La fabricación aditiva está aquí para quedarse. Nosotros trabajamos a nivel profesional con casi todas las tecnologías de fabricación, aditivas y sustractivas, y por eso sabemos que la manufactura aditiva tiene muchos puntos fuertes.

Como profesionales de la fabricación, os hemos intentado enseñar los tipos de tecnologías más útiles para vuestros negocios, pero si no os ha parecido suficiente, os dejamos un formulario de contacto. No dudéis en escribirnos si necesitáis consejo para llevar vuestra empresa al siguiente nivel de la mano de los profesionales de la fabricación.

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