“Hablamos de fabricar estructuras y geometrías ‘imposibles’ diseñadas ad-hoc para cada función”

El Centro Avanzado de Tecnologías Aeroespaciales (Catec) está desarrollando el proyecto de I+D Maper, cuyo objetivo fundamental es establecer nuevas rutas de fabricación de estructuras y materiales para aplicaciones en el ámbito espacial mediante técnicas y procedimientos alternativos a la fabricación convencional. El uso de estos materiales y su proceso de producción permitirá reducir los costes en la fabricación de piezas y estructuras para la industria espacial y aumentar el rendimiento del sistema mediante la fabricación de piezas de alta complejidad geométrica que no pueden ser creadas por técnicas convencionales. Para desarrollar esta iniciativa, Catec está utilizando fabricación aditiva, una de las tecnologías más innovadoras en el campo de la fabricación de componentes y cada vez más utilizada en varios sectores industriales gracias a los importantes beneficios que aporta, como la reducción del peso y la posibilidad de fabricar piezas de geometrías ‘imposibles’, tal y como explica Fernando Lasagni, responsable del departamento de Materiales y Procesos del Catec.

El objetivo fundamental del proyecto Maper es desarrollar nuevas rutas de fabricación de estructuras y materiales para aplicaciones en el ámbito espacial mediante técnicas y procedimientos alternativos a la fabricación convencional. En concreto, el proyecto pretende aplicar el gran potencial de la tecnología de Additive Manufacturing (Fabricación Aditiva o 3D printing) en el desarrollo de soluciones para la industria espacial, un sector que requiere, como ningún otro, de componentes más ligeros y de mayor funcionalidad.

Teniendo en cuenta que un kilogramo de material embarcado tiene un coste aproximado de 20.000 euros, las reducciones en peso que se pueden aplicar tanto a nivel de lanzadera espacial como de carga útil, representan sin lugar a dudas un ahorro significativo de costes. Este objetivo se puede alcanzar mediante la integración de estructuras reticulares dentro de la estructura, de muy baja densidad y funcionalizadas, cumpliendo con los requisitos de cada componente. Hay que destacar que se pueden lograr reducciones en peso de más de 60% con el uso de estrategias de optimización topológica.

Por otro lado, los materiales porosos también pueden aportar grandes beneficios en otros sistemas utilizados en el sector espacio, como por ejemplo los sistemas de control térmico.

“El objetivo fundamental del proyecto Maper es desarrollar nuevas rutas de fabricación de estructuras y materiales para aplicaciones en el ámbito espacial mediante técnicas y procedimientos alternativos a la fabricación convencional”, explica Fernando Lasgni.

Maper es un proyecto desarrollado por Catec y financiado por el programa de Incentivos a los Agentes del Sistema Andaluz del Conocimiento de la Consejería de Economía, Innovación, Ciencia y Empleo de la Junta de Andalucía. En él también colabora un grupo de investigación del departamento de Ingeniería Mecánica y de los Materiales de la Escuela Superior Técnica de Ingenieros (ETSI) de la Universidad de Sevilla.

En cuanto a Catec, el centro aporta a la iniciativa su amplia experiencia, conocimiento y tecnología en el campo de las investigaciones en nuevos materiales y procesos de fabricación para el ámbito aeroespacial, donde ya acumula una trayectoria relevante en proyectos de I+D tanto a nivel nacional como europeo desde que el centro inició su actividad en 2008.

Hablamos de fabricar estructuras y geometrías ‘imposibles’ diseñadas ad-hoc para cada función. Tenemos ahora mismo una herramienta que se ha implantado con éxito en otros sectores industriales, como el de la medicina, pero que tenemos que llevarla a requisitos mucho más exigentes como los del sector espacial. Desde el punto de vista de los materiales, el proyecto está centrado en el uso de aleaciones ligeras de titanio y aluminio, y también polímeros. Todos estos materiales los tenemos en la cartera de servicios de Catec y venimos trabajando con ellos en los últimos años en diversos trabajos e investigaciones con clientes como Airbus Defence & Space y la Agencia Espacial Europea (ESA).

La aplicación de la tecnología Additive Manufacturing en este tipo de materiales introduce una serie de beneficios respecto de las técnicas de fabricación convencional claramente diferenciados. Además de las posibilidades en términos de las geometrías mencionadas anteriormente, y la minimización del peso estructural, contamos con materiales con propiedades mecánicas superiores a varios de los procesos de fabricación convencional, como es el caso de las piezas fundidas. Por otro lado, al fabricar prácticamente en la forma final, la tecnología resulta muy competitiva en la fabricación de componentes con aleaciones difíciles de mecanizar, como el titanio.

El proyecto cuenta con diversas fases, llegado al desarrollo de la fabricación de demostradores tecnológicos que serán probados en entorno de operación. Ahora mismo estamos trabajando en la definición, fabricación y caracterización de las estructuras y materiales que serán implementados en los diversos casos de aplicación.

En pocas palabras, en el proyecto Maper estamos aumentando el nivel de maduración de la tecnología, aplicada al desarrollo de aplicaciones concretas integrando estructuras reticulares de diversa índole y materiales porosos. Necesitamos conocer sus propiedades mecánicas específicas (respecto de la densidad) para aplicar este conocimiento en la fase de diseño. Además, debemos analizar la fiabilidad del proceso de fabricación, estudiar estrategias de fabricación y evaluar también la inspeccionabilidad de componentes con estas características geométricas.

Además de las ventajas señaladas anteriormente, el conocimiento que desarrollemos en Maper nos permitirá acelerar la fase de diseño de componentes, dando un servicio más rápido al cliente. Si unimos a este último la flexibilidad de la tecnología durante la fase de fabricación (por ejemplo, no se necesitan personalizar útiles) hablamos de acortar ampliamente los tiempos de desarrollo de un componente.

El sector aeronáutico tiene muy claro la hoja de ruta para la implantación de la tecnología. Tanto Airbus Defence & Space como Boeing y otras empresas suministradoras de componentes metálicos han establecido en los últimos años los pasos que tienen que dar para implementar en sus aeronaves componentes fabricados por esta tecnología. Sin lugar a dudas, un paso muy importante consiste en la certificación de los materiales y el proceso de fabricación. Al mismo tiempo, tenemos que desarrollar y estudiar aplicaciones concretas donde pueda introducirse la tecnología, y este es el caso de la iniciativa Maper y de otros proyectos de I+D que estamos desarrollando en Catec. Una vez la tecnología esté certificada, las aplicaciones van a estar disponibles para su uso. Para el caso de la industria del Espacio, la ESA también está desarrollando una serie de pasos que permitirá introducir la tecnología poco a poco en el sector. Claramente los desarrollos que realicemos en Maper están en la línea de ese plan trazado por la agencia.

Efectivamente. Aumentar la eficiencia y la sostenibilidad es uno de los grandes retos del sector aeronáutico y aeroespacial de cara a los próximos años, ya no sólo por el cumplimiento del nuevo marco medioambiental y aéreo a nivel europeo e internacional, sino también por la propia necesidad que tiene la industria de seguir mejorando y aumentando su competitividad y productividad en un contexto global. En especial, en la optimización de sus procesos de fabricación, para así alcanzar los objetivos deseados: reducir el peso de los aviones (y de sus componentes), crear aeronaves más inteligentes y limpias, disminuir el consumo de combustible, aumentar la eficiencia energética, etc.

El uso de esta tecnología implica tener un conocimiento importante sobre materiales y desarrollar parámetros óptimos de fabricación para cada aleación. Se suma una serie de estrategias de fabricación que deben ser implementadas y que requieren de mucho tiempo de maduración. En los centros tecnológicos como Catec contamos con esa experiencia, y las empresas deben aprovechar ese camino recorrido para alcanzar rápidamente esa madurez y poder rentabilizar rápidamente la inversión en la tecnología. Todos los días escuchamos hablar de esta tecnología y la competencia que se está generando a nivel mundial es cada vez mayor. Las empresas deberán ser competitivas desde el primer momento.

Fernando Lasagni se muestra convencido que el conocimiento desarrollado (sobre Additive Manufacturing) en Maper les permitirá acelerar la fase de diseño de componentes, dando un servicio más rápido al cliente