Fabricación aditiva de aluminio y aleaciones ligeras (ANF-Forming)

En la actualidad, la fabricación extensiva de piezas se realiza, cada vez más, en terceros países. Esto provoca una rápida y necesaria adaptación de las empresas del sector, orientándose hacia series de fabricación reducidas, consiguiendo así un aumento del valor añadido de sus productos. Por ello, en Europa se está realizando un gran esfuerzo orientado tanto a la personalización del producto, como a la mejora de las tecnologías de fabricación.

Para la obtención de productos hechos a medida y series cortas, una de las primeras opciones que se considera es el empleo de Fabricación Aditiva (FA). Esto se debe a sus innumerables ventajas, tales como libertad de diseño, ‘time-to-market’ reducido, ausencia de moldes y utillajes, ahorro en material, etc. En el caso de Fabricación Aditiva, una de las tendencias más destacadas, es la introducción de una gama de materiales nuevos, que contribuyen a darle valor añadido al producto. En particular, está en auge la investigación relacionada con aleaciones no férricas.

Con el fin de mejorar la competitividad de las empresas valencianas en este área de conocimiento, se planteó el proyecto ‘ANF-Forming’. El objetivo, ha sido poner en marcha una nueva línea de investigación para la fabricación de piezas con aleaciones no férricas, mediante técnicas de conformado de material por adición, es decir, añadiendo material por capas.

Actualmente, en Aimme ya se dispone de las tecnologías aditivas que le capacitan para conformar piezas mediante la adición de material para aleaciones no férricas. Gracias a la inversión que se ha realizado con los medios económicos de este proyecto, se ha podido incorporar una tecnología de altas prestaciones, que se encuentra al servicio de la industria valenciana para mejorar su capacidad y oferta tecnológica.

A lo largo del proyecto se realizaron distintas actividades, con el fin de alcanzar el objetivo inicial planteado. Se indican a continuación las más significativas.

• Recopilación de información de empresas expertas en productos de materiales no férricos. Principalmente, se trabajó con empresas que fabrican material biomédico (implantes médicos y dentales), ubicadas en un entorno próximo a Aimme. Además, se consultó a empresas del sector de automoción y aeroespacial. De ese modo, se trabajó con un panel de expertos, con el objetivo de identificar qué valor añadido deberían adquirir los productos, a partir de la aplicación de las tecnologías objeto de estudio.
• Realización de un estudio de vigilancia tecnológica sobre el estado de las tecnologías, para la fabricación aditiva de aleaciones no férricas, en el marco del Observatorio Tecnológico del Metal de Aimme (OTEA). Se analizó toda la documentación disponible relacionada con estas tecnologías, con especial énfasis en los materiales que se pueden procesar y las aplicaciones de las piezas así obtenidas.
• Elaboración de un estudio de mercado de las tecnologías detectadas, con objeto de contrastar las variables más críticas, previamente definidas, para poder determinar la tecnología más adecuada para estas aplicaciones. El estudio comparativo se ha realizado mediante planificación y realización de una serie de visitas a los fabricantes de dichas tecnologías. Finalmente, se eligió una tecnología para implantarla en Aimme.
• Formación específica del personal de Aimme en las instalaciones de la empresa Arcam AB, proveedora de la tecnología EBM elegida. A lo largo de varios días, técnicos de la Unidad de Ingeniería de Producto, se formaron en relación con todos los aspectos de manejo con seguridad del sistema de fabricación elegido.
• Instalación del sistema de fabricación y puesta a punto en las instalaciones de Aimme. Los operarios y técnicos de proyectos obtuvieron la correspondiente licencia de manejo de la tecnología. Tras un periodo de prueba por parte del personal de Aimme, se realizó además una semana de instrucción adicional por parte del proveedor de tecnología, Arcam AB.
• Fabricación de múltiples piezas de demostración que han servido para exponer a las empresas valencianas las capacidades de la tecnología elegida, dentro los sectores objeto de este proyecto.

La tecnología Electron Beam Melting pertenece a la empresa sueca Arcam AB, situada en Gotemburgo, y representa un concepto distinto al concepto de fusión por láser. En este caso, para fundir el material, se utiliza un haz de electrones que se emite desde un filamento de tungsteno situado en la parte superior (pistola). Dicho filamento se encuentra a 60 kV de tensión y es posible regular la intensidad de corriente con la que sale el haz entre 0 y 50 mA. Por tanto, esta tecnología dispone de 3.000 W de potencia de haz para fundir el material. Para el correcto funcionamiento de la máquina, la cámara de fabricación está al vacío, lo cual es una ventaja añadida ya que, por ausencia de oxígeno, se obtienen piezas con mayor pureza (característica muy importante para el sector biomédico). Entre la pistola y la cámara de fabricación hay una serie de bobinas que, con sus campos magnéticos, permiten enfocar, dirigir y regular la intensidad del haz.

Tras ser fabricadas, las piezas resultantes quedan cubiertas de polvo apelmazado debido a la alta temperatura de la cámara de fabricación (750 °C para Ti64, 850 °C para CrCo). Sin embargo, las tensiones térmicas residuales en la pieza son muy inferiores al láser. Además, no resulta complicado limpiar la pieza de polvo apelmazado; ni siquiera en las estructuras porosas, típicas en la fabricación por tecnologías aditivas.

A lo largo de la segunda anualidad de este proyecto, se ha incorporado la tecnología en las instalaciones de Aimme, se ha puesto a punto y se ha realizado la fabricación de múltiples piezas de demostración para la industria. La tecnología ha sido validada, tanto en proyectos propios y como en servicios a empresas. Aimme se convierte así al primer centro en España en disponer de esta tecnología.

Como puede apreciarse en las tablas anteriores, las propiedades del material fabricado por EBM, a pesar de partir de polvo, no solo no son inferiores al material fundido convencionalmente, sino que incluso son superiores en sus propiedades mecánicas.

Debido a un gran interés por parte del sector biomédico valenciano y varios proyectos en curso, se ha trabajado ampliamente en los implantes de nueva generación con alto valor añadido. Además, se ha adquirido un gran conocimiento en el diseño para mejorar el funcionamiento de los implantes en el organismo humano y animal. Utilizando la combinación de material macizo y poroso en la misma pieza, con objeto de aumentar la osteointegración, se han conseguido muy buenos resultados.

Sin embargo, otros sectores como automoción, aeronáutica, moldes y matrices y medioambiental (eficiencia energética y eficiencia química) también se pueden ver favorecidos aplicando esta tecnología, al igual que la de láser, para darle más valor añadido al producto y mejorar la eficiencia, tanto energética como química, en muchos procesos industriales. Como es habitual, Aimme se encuentra al servicio de las empresas, para desarrollar sus ideas mediante el empleo de estas tecnologías novedosas, que cruzan los límites del diseño libre.