Fabricació additiva d'alumini i aliatges lleugers (ANF-Forming)

En l'actualitat, la fabricació extensiva de peces es realitza, cada vegada més, en tercers països. Això provoca una ràpida i necessària adaptació de les empreses del sector, orientant-se cap sèries de fabricació reduïdes, aconseguint així un augment del valor afegit dels seus productes. Per això, a Europa s'està realitzant un gran esforç orientat tant a la personalització del producte, com a la millora de les tecnologies de fabricació.

Per a l'obtenció de productes fets a mida i sèries curtes, una de les primeres opcions que es considera és l'ocupació de Fabricació Additiva (FA). Això es deu als seus innombrables avantatges, com ara llibertat de disseny, 'time-to-market' reduït, absència de motlles i utillatges, estalvi en material, etc. En el cas de Fabricació Additiva, una de les tendències més destacades, és la introducció d'una gamma de materials nous, que contribueixen a donar-li valor afegit al producte. En particular, està en auge la investigació relacionada amb aliatges no fèrrics.

Per tal de millorar la competitivitat de les empreses valencianes en aquesta àrea de coneixement, es va plantejar el projecte 'ANF-Forming'. L'objectiu, ha estat posar en marxa una nova línia de recerca per a la fabricació de peces amb aliatges no fèrrics, mitjançant tècniques de conformat de material per addició, és a dir, afegint material per capes.

Actualment, a Aimme ja es disposa de les tecnologies additives que el capaciten per a conformar peces mitjançant l'addició de material per a aliatges no fèrrics. Gràcies a la inversió que s'ha realitzat amb els mitjans econòmics d'aquest projecte, s'ha pogut incorporar una tecnologia d'altes prestacions, que es troba al servei de la indústria valenciana per millorar la seva capacitat i oferta tecnològica.

Al llarg del projecte es van realitzar diferents activitats, per tal d'assolir l'objectiu inicial plantejat. S'indiquen a continuació les més significatives.

• Recull d'informació d'empreses expertes en productes de materials no fèrrics. Principalment, es va treballar amb empreses que fabriquen material biomèdic (implants mèdics i dentals), ubicades en un entorn proper a Aimme. A més, es va consultar a empreses del sector d'automoció i aeroespacial. D'aquesta manera, es va treballar amb un panell d'experts, amb l'objectiu d'identificar quin valor afegit haurien d'adquirir els productes, a partir de l'aplicació de les tecnologies objecte d'estudi.
• Realització d'un estudi de vigilància tecnològica sobre l'estat de les tecnologies, per a la fabricació additiva d'aliatges no fèrrics, en el marc de l'Observatori Tecnològic del Metall de Aimme (atalaia). Es va analitzar tota la documentació disponible relacionada amb aquestes tecnologies, amb especial èmfasi en els materials que es poden processar i les aplicacions de les peces així obtingudes.
• Elaboració d'un estudi de mercat de les tecnologies detectades, per tal de contrastar les variables més crítiques, prèviament definides, per poder determinar la tecnologia més adequada per a aquestes aplicacions. L'estudi comparatiu s'ha realitzat mitjançant planificació i realització d'una sèrie de visites als fabricants d'aquestes tecnologies. Finalment, es va triar una tecnologia per implantar-l'en Aimme.
• Formació específica del personal de Aimme a les instal·lacions de l'empresa ARCAM AB, proveïdora de la tecnologia EBM escollida. Al llarg de diversos dies, tècnics de la Unitat d'Enginyeria de Producte, es van formar en relació amb tots els aspectes de maneig amb seguretat del sistema de fabricació triat.
• Instal lació del sistema de fabricació i posada a punt a les instal·lacions de Aimme. Els operaris i tècnics de projectes van obtenir la corresponent llicència de maneig de la tecnologia. Després d'un període de prova per part del personal de Aimme, es va realitzar a més una setmana d'instrucció addicional per part del proveïdor de tecnologia, ARCAM AB.
• Fabricació de múltiples peces de demostració que han servit per exposar a les empreses valencianes les capacitats de la tecnologia escollida, dins els sectors objecte d'aquest projecte.

La tecnologia Electron Beam Melting pertany a l'empresa sueca ARCAM AB, situada a Göteborg, i representa un concepte diferent del concepte de fusió per làser. En aquest cas, per fondre el material, s'utilitza un feix d'electrons que s'emet des d'un filament de tungstè situat a la part superior (pistola). Aquest filament es troba a 60 kV de tensió i és possible regular la intensitat de corrent amb la qual surt el feix entre 0 i 50 mA. Per tant, aquesta tecnologia disposa de 3.000 W de potència de feix per fondre el material. Per al correcte funcionament de la màquina, la càmera de fabricació està al buit, la qual cosa és un avantatge afegit ja que, per absència d'oxigen, s'obtenen peces amb major puresa (característica molt important per al sector biomèdic). Entre la pistola i la càmera de fabricació hi ha una sèrie de bobines que, amb els seus camps magnètics, permeten enfocar, dirigir i regular la intensitat del feix.

Després de ser fabricades, les peces resultants queden cobertes de pols endurida a causa de l'alta temperatura de la càmera de fabricació (750 °C per a Tu64, 850 °C per CrCo). No obstant això, les tensions tèrmiques residuals en la peça són molt inferiors al làser. A més, no resulta complicat netejar la peça de pols endurida; ni tan sols en les estructures poroses, típiques en la fabricació per tecnologies additives.

Al llarg de la segona anualitat d'aquest projecte, s'ha incorporat la tecnologia a les instal·lacions de Aimme, s'ha posat a punt i s'ha realitzat la fabricació de múltiples peces de demostració per a la indústria. La tecnologia ha estat validada, tant en projectes propis i com en serveis a empreses. Aimme es converteix així al primer centre a Espanya en disposar d'aquesta tecnologia.

Com es pot apreciar en les taules anteriors, les propietats del material fabricat per EBM, tot i partir de pols, no només no són inferiors al material fos convencionalment, sinó que fins i tot són superiors en les seves propietats mecàniques.

A causa d'un gran interès per part del sector biomèdic valencià i diversos projectes en curs, s'ha treballat àmpliament en els implants de nova generació amb alt valor afegit. A més, s'ha adquirit un gran coneixement en el disseny per millorar el funcionament dels implants en l'organisme humà i animal. Utilitzant la combinació de material massís i porós en la mateixa peça, a fi d'augmentar la osteointegració, s'han aconseguit molt bons resultats.

No obstant això, altres sectors com automoció, aeronàutica, motlles i matrius i mediambiental (eficiència energètica i eficiència química) també es poden veure afavorits aplicant aquesta tecnologia, igual que la de làser, per donar-li més valor afegit al producte i millorar l'eficiència, tant energètica com química, en molts processos industrials. Com és habitual, Aimme es troba al servei de les empreses, per desenvolupar les seves idees mitjançant l'ús d'aquestes tecnologies noves, que creuen els límits del disseny lliure.