Las innovaciones tecnológicas vienen para quedarse y evolucionar

El Congreso de Máquina-Herramienta y Tecnologías de Fabricación, organizado por la AFM —Asociación de Fabricantes de Máquina-Herramienta, Accesorios, Componentes y Herramientas—, celebrado en el Parque Tecnológico de San Sebastián los pasados 12 al 14 de junio reunió a empresas, centros de investigación, centros de formación relacionados con el mecanizado y las tecnologías avanzadas de fabricación con el objetivo de compartir conocimientos y experiencias. De entre los temas abordados, la tarde del 12 de junio se dedicó a una sesión especial: la ‘Fabricación Aditiva’ mientras que la tarde del 13 la sesión especial fue: ‘Materiales Compuestos. De la aeronáutica a la automoción’. En el presente artículo recogemos una crónica de ambas sesiones. Los trabajos completos podrán verse publicados a lo largo de los próximos números de Interempresas Metalmecánica y la publicación Técnica y Tecnología gracias al acuerdo alcanzado entre la editorial y AFM /Invema, organizadores del congreso, según el cual Interempresas se hace con el derecho exclusivo de la publicación de todos los trabajos presentados en el congreso.

En la sesión dedicada a la fabricación aditiva, el moderador, Aitzol Lamikiz (UPV/EHU), presentó estas tecnologías en tono distendido, como “el demonio”, por el cambio de paradigma que supone fabricar adicionando material en lugar de quitarlo —arranque— o deformándolo, sistemas ‘clásicos’ de mecanización.

En el mecanizado nos encontramos con varios elementos que explican la exploración de caminos diferentes de abordar la resolución de una pieza. Habitualmente en arranque tenemos una gran pérdida de material. En algunos materiales los costos de los mismos son un gran condicionante. La complejidad de las piezas es otro factor que limita la capacidad de ejecución por métodos clásicos. La necesidad de series cortas o unitarias sería un tercer elemento problemático.

Presentación del congreso por parte de los responsables de AFM / Invema y de las autoridades locales.

La Fabricación Aditiva viene a responder a los problemas citados, cambiando el concepto de fabricación por arranque o deformación, por el de aportación de materiales capa a capa. Se aporta material por curvas de nivel. Existe un ahorro de material, se pueden fabricar piezas realmente complejas y en series cortas o unitarias.

Desde los primeros equipos de ‘Estereolitografía’ —STL—, hasta los nuevos equipos compactos de impresoras en 3D, con aporte de PLA, ABS, desarrollándose a una velocidad inusitada, han pasado 20 ó 25 años.
Las capacidades se han multiplicado y en proporción inversa los precios están bajando.

Hay proyectos basados en ‘Crownfounding’ en Internet para captar capital y desarrollar estas tecnologías, comunidades libres —tipo ‘RepRap’—, desarrollos en los Centros de Investigación y Universidades y también empresas que ofrecen una variedad creciente de soluciones de fabricación aditivas. Y estamos empezando.
La importancia estratégica de estas tecnologías queda reflejada en dos datos que nos deben hacernos reflexionar en épocas de ajustes económicos y parece que sólo ajustes. El gobierno de los EE U está apoyando la investigación en Fabricación Aditiva con 45 millones de dólares. En Alemania la dotación del Instituto Fraunhöfer es de 20 millones de euros.

José Ignacio Torrecilla, presidente de AFM.

Precisamente Gerhard Backes (ILT-Fraunhöfer) presentó el campus universitario de Aachen, en el que conviven estudiantes e investigadores, como centro de referencia en Alemania.

Sus trabajos se centran en el LMD —Laser Metal Deposition— para componentes aeronáuticos y reparaciones. Como ejemplo presentó los trabajos realizados en las turbinas BR715 de Rolls Royce, en reparación de los álabes de las turbinas. La experimentación les ha llevado a desarrollar boquillas —nozzle— adaptadas a sus problemáticas, como evitar poros, roturas, substratos equivalentes y características dimensionales adecuadas.

La ponencia de Steward Williams de la Universidad Cranfield se centró en las mejoras de tiempo obtenidas en la soldadura por deposición de material para estructuras de aeronáutica. Desde 2006 trabajan con titanio, inoxidable y titanio-aluminio.

Domínguez y Sierra de ITP describieron en el título de su ponencia la situación: ‘Estado del arte y evolución prevista de la fabricación aditiva en ITP’. Con trabajos en varias áreas: SMD – NO structural features; SLM – Instrumentación; LMD – INCO781, MM24LC, Ti6Al4v, etc., expusieron que hay margen para nuevos desarrollos, manteniendo las líneas de investigación.

Por su parte, el equipo de la Universidad del País Vasco —UPV/EHU— formado por Tabernero, Lamikiz, Orden, Lobato y Ukar, trabajan en el diseño y fabricación de una boquilla —Nozzle— coaxial discreta, para aporte de material. Desde la “Discret Lateral Nozzle podemos hacer desarrollos propios”, expusieron.

Asimismo, Lambarri, Leunda, García-Navas, Sanz (de IK4-Tekniker) y Yánez (de la Universidad de A Coruña) explicaron sus trabajos de laboratorio sobre la fabricación de piezas aeronáuticas de Inconel 718 mediante aporte. La metodología científica de laboratorio supone la utilización de métodos estadísticos, modelos polinómicos, analizar la influencia de la penetración, el uso de probetas para pruebas de dureza, un análisis de macroestructuras (500x – 1.000x), 2,2\1kW\2Yik-Yak, robot de 6 Ejes, óptica de 0,6 mm, límite de colimación, análisis preliminar, condiciones óptimas, aportación de cordones masivos, tratamientos, análisis mecánicos, etc. En definitiva, investigación aplicada y práctica.

Arantza Tapia, Consejera de Desarrollo Económico y Competitividad del Gobierno Vasco, en la presentación del congreso.

La ponencia más visual y quizás más espectacular de la sesión correspondió a Álvarez, Garciandia y Gurmendi de IK4-Lortek referida a la fabricación aditiva de materiales metálicos, en la que expuso una colaboración en la elaboración de parte de una mandíbula humana dañada por un cáncer. La tecnología que utilizan es SLM —Selective Laser Melting—. Es una base polvo y láser en ambiente de oxígeno controlado. Partieron de una tomografía computerizada 2D. Con MIMICS separaron agua, hueso y carne con escalas de grises, procesaron con 3-Matic; diseño de las placas soporte; Magics RP el STL para comprobar, diseño y datos de fabricación y el software Realizer para la ejecución primero del soporte en AISI 316 —para apoyar la mandíbula al extirpar la parte afectada y posteriormente para ejecutar el elemento se sustitución en Ti—.

En la sesión del día 13, presentada por Frank Girot como presidente de la mesa, Pedro Nugueroles presentó los trabajos del Fidamc —Fundación para la Investigación, Desarrollo y Aplicación de Materiales Compuestos—.

Siempre en colaboración directa con Airbus, relacionando el uso creciente de la fibra de carbono en aeronáutica con la creciente exigencia en todos los órdenes de calidad, versatilidad, seguridad de un sector que, paradójicamente, es muy conservador en la introducción de nuevas soluciones. En 1975 la fibra de carbono representaba el 15% de los componentes de los aviones y hoy está en el en torno al 55%. La tendencia hasta, al menos, 2018, es que siga creciendo. Los ensayos que realizan en FIDAMC están unidos a producción.

Por su parte, Alberto Peña de Tecnalia presentó la evolución en el empleo de composites en automoción, como tendencia de uso creciente siempre que se encuentren soluciones de diseño y ejecución fuera de autoclave. “Se debe avanzar en el análisis no destructivo”, expuso.

Pero posiblemente la exposición más amena, visual e impactante la protagonizó el Dr. Plath de Wolkswagen. Bajo el título ‘Perspectivas actuales y futuras en el empleo de materiales composites en automoción y en particular en el grupo Wolkswagen’, expuso las estrategias de materiales compuestos en la firma automovilística. Su objetivo es convertirse en el primer fabricante mundial en 2018 y sus trabajos se centran en disminuir las emisiones de CO2 y trabajar en el ‘diseño liviano’ utilizando fibras de carbono y compuestos. Para ello trabajan en disminuir el costo de la fibra de carbono en un 50%, disminuir el costo de fabricación de la fibra en un 90% gracias al proyecto de precurso de fibra de carbono —e.g.LIGNIN.

Como en ediciones anteriores, el congreso registró una gran afluencia de visitantes.

El grupo SGL es uno de los principales fabricantes de fibras de carbono y Georg Gormanns introdujo a los asistentes en los materiales compuestos de fibra de carbono para la aeronáutica. Con 26 plantas en Europa de fibras de carbono y composites, en el sector aeronáutico hay productos elaborados cuyas referencias pueden dar una idea de la situación: Panox, Sigratex, Multiaxial NCF, braded carbon fiber based preforms, USC, structural reinforces. Destacar las fibras y productos preimpregnados basados en epoxi, que ya se utilizan desde el 2011 en el Airbus A350 y en el helicóptero Tiger —el Airbus A440M está utilizando fibra de carbono—.

La evolución de productos semielaborados en serie facilita su utilización, haciendo cada vez más competitivos los composites – fibras de carbono.

Por otra parte, la ponencia de Jon Aurrekoetxea sobre el RTM, proceso de compresión para fibras (Universidad Politécnica de Valencia) presentó un panorama de mercado muy activo en el uso de fibras. El ejemplo de una fábrica Suiza de bicicletas BMC es paradigmático: fabrican en Suiza automatizando en RTM. Hacen las uniones con plástico con fibra corta, lo que hace que el cuadro sea más sencillo y haga viable su producción.
En automoción hay movimientos de compra de empresas estratégicas: textiles con carbono, vidrio y aramidas. Existe ya una ‘joint-venture’ entre SGL y BMW por la cual trabajan en epoxi que curan en 2’, RTM Resin Transfer Moulding con tiempos de impregnación crecientes y aumentos de porosidad. El objetivo es lograr una reducción de tiempos y simplificar los procesos para aumentar el uso. Se calcula que una reducción de costos de un 30%, traería un aumento de uso del 300%.

Joseba Pujana de IK4-Tekniker expuso los estudios que han realizado en la fabricación de componentes de máquina herramienta con fibra de carbono – composites.
El estudio presentado fue sobre un carnero de mandrinadora de fibra de carbono, sometido a una batería de pruebas de laboratorio buscando la comparación de comportamiento con uno de acero convencional. Actualmente hay varias opciones de carnero de fibra de carbono en el mercado: Toshiba, Compotech, Tekniker, Universidad de Brescia.
La conclusión es que siguen siendo caros, no es fácil cumplir todas las características del acero, hay que valorar el sentido de trabajo, por lo que la opinión es que deben evolucionar ya que hay ventajas dinámicas pero tienen muchos inconvenientes.

Momento de descanso y visita de los stands.

Manuel Mutiloa, de MTorres, expuso la capacidad de adaptación del Grupo MTorres en la aplicación de fibras de carbono en piezas. Los videos expuestos aplicando fibra de carbono sobre las alas de grandes aviones dieron una idea de las dimensiones, precisión y calidad de productos de MTorres.

La última ponencia de la tarde corrió a cargo de Franck Girot (UPV ENSAM) sobre el mecanizado de piezas de composites. Entre las particularidades que tiene la mecanización de fibras y composites está la microvitura en polvo (carbón y vidrio), el aumento del problema según aumenta la velocidad. La necesidad de una correcta aspiración, la adaptación de la máquina y el aumento en la prevención.

Las características de las fibras, aramida, fibra de carbono, cerámica, fibra de vidrio exigen herramientas y condiciones adecuadas a cada una.

Conclusión

El uso de fibras y composites aumenta y se consolida en aeronáutica —mejora de rendimientos, reducción de pesos, a pesar del factor precio— y puede despegar rápido en automoción con una pequeña reducción de precio de producto y procesos, ya que las mejoras en comportamiento y pesos están demostradas.

Artículos relativos a las ponencias del XIX Congreso de Máquinas-Herramienta y Tecnologías de Fabricación

• 30/01/2014 - Relación entre la medida de posición y el acabado de las piezas en las máquinas de control numérico
• 28/01/2014 - Tecnologías y aplicaciones en fabricación aditiva de materiales metálicos
• 20/01/2014 - Mecanizado de componentes aeroespaciales de titanio mediante fresado trocoidal
• 23/12/2013 - Herramientas cerámicas para el mecanizado de fundiciones ADI
• 20/12/2013 - Diseño y puesta a punto de una máquina de corte por láser tipo pórtico multicabezal de gran dinámica
• 16/12/2013 - Adaptación de sistemas de óptica móvil tipo escáner al proceso de temple por láser remoto
• 12/12/2013 - Diseño de un amortiguador activo para la eliminación de chatter en máquina-herramienta
• 11/12/2013 - Visión 3D integrada en máquina-herramienta para la alineación de piezas en bruto
• 11/12/2013 - Efecto de la interacción diseño-fabricación en la modificación del contacto en engranajes cónicos-espirales
• 02/12/2013 - Desarrollo de una máquina virtual para el análisis dinámico de máquinas-herramienta de gran tamaño
• 28/11/2013 - Fabricación de componentes oftalmológicos con procesos de ultraprecisión
• 27/11/2013 - Nuevas tecnologías aplicadas al proceso de acabado de moldes
• 27/11/2013 - Biomecanizado: un acercamiento a la remoción de metal en aplicaciones especiales
• 19/11/2013 - Grinsel, el nuevo software de selección óptima de muelas abrasivas convencionales
• 23/10/2013 - Predicción de distorsiones generadas en el proceso de mecanizado de un componente de rodadura
• 23/09/2013 - Utilización del conformado incremental de chapa para fabricar pieza de electrodoméstico industrial
• 29/07/2013 - Taladrado asistido con vibraciones de baja frecuencia de bridas eólicas
• 25/07/2013 - Integración de procesos multitarea para la producción de álabes
• 25/07/2013 - Mecanizado de aleaciones de titanio empleadas en aeronáutica
• 23/07/2013 - Medida de la precisión de posicionamiento en máquinas-herramienta de grandes dimensiones
• 13/06/2013 - Técnicas avanzadas de caracterización de material para optimizar el diseño de máquina de aplanado de chapa vía simulación numérica