Impresión 3D en fabricación: visualización de un nuevo modo de producción

Pero las impresoras 3D no solo están teniendo un impacto en el nivel del consumidor. En cambio, están cambiando lentamente la forma en que los fabricantes piensan sobre diseño, creación de prototipos e incluso producción.

A medida que la tecnología continúa mejorando, las impresoras 3D pueden producir más y más piezas con un retorno de la inversión (ROI) mayor que las técnicas de fabricación convencionales . ¿Podríamos ver un nuevo modo de producción en el horizonte?

La impresión en 3D de la industria de la impresión en 3D

se ha convertido en una industria de $ 6.063 millones y cuenta con una gran presencia en un amplio espectro de industrias. En 2016, la industria de "fabricación aditiva", como se la conoce, creció un 17,4 por ciento en los ingresos mundiales. El año pasado, se enviaron casi 500,000 impresoras, pero eso no es nada en comparación con los 6.7 millones que se enviarán en 2020.

Empresas como Formlabs y Stratasys están experimentando con formas de aumentar la producción de impresión 3D para hacerlo más competitivo con los métodos de fabricación convencionales en términos de ROI. A medida que las capacidades de volumen de producción de estas impresoras aumentan y los procesos se automatizan, un componente esencial de todas las facetas de la fabricación actual, el costo total de producción se reduce drásticamente. El resultado es un producto más rentable que se crea más rápidamente y con menos intervención humana.

"[La] industria de impresión 3D ha demostrado tener implicaciones significativas para industrias tales como la automotriz, la maquinaria, la aviación y más, y el las aplicaciones continuarán creciendo a medida que estas industrias muestren la eficiencia y efectividad de la tecnología en la producción ", dijo John Kawola, presidente de Ultimaker North America, a Mobby Business. "Pero la impresión 3D es parte de algo más grande: la realización de la próxima revolución de fabricación: la Industria 4.0."

La Industria 4.0, también llamada Fabricación 4.0, se refiere al nexo de la tecnología en el espacio de fabricación moderno. La visión a menudo incluye Internet de las cosas (IoT), aprendizaje automático, realidad mixta y robótica, y la impresión 3D es una parte integral de esa visión.

El papel de la impresión 3D en el proceso de fabricación

La impresión 3D ya funciona varias funciones en el proceso de fabricación, y está a punto de obtener más ganancias a medida que se refina y perfecciona. Actualmente, el diseño y la creación rápida de prototipos son dos de los procesos principales que se benefician de las impresiones en 3D. Las impresoras 3D también son útiles en la producción de bajo volumen, como cuando se necesitan pequeñas cantidades de producto para probar el mercado o publicitar en ferias comerciales. Y a medida que pasa el tiempo, las capacidades de producción de las impresoras 3D continúan aumentando.

En todas las facetas de la fabricación, las impresoras 3D pueden reducir el tiempo y el costo necesarios para lograr un producto viable. Es por eso que Jack Beuth, profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Carnegie Mellon y codirector del NextManufacturing Center, cree que la impresión 3D debería considerarse una tecnología completamente nueva en el ámbito de la informática personal o los teléfonos inteligentes.

"Las compañías ahora están tratando de explotar la tecnología para ser más rentables, y cómo lo harán implicará innovaciones que son mucho más que simples reemplazos para la fabricación tradicional", dijo Beuth. "Con la fabricación aditiva, estamos cerca de la computación personal en 1983".

Diseño

Debido a que las impresoras 3D son una tecnología más flexible, los equipos de diseño pueden experimentar con estructuras más fuertes o más interesantes y crear formas geométricas complejas que los métodos anteriores eran incapaces de darse cuenta.

"Los objetivos de diseño que animamos a los clientes a pensar para realmente desbloquear el valor de la impresión 3D son la reducción de peso, la creación de estructuras tipo celosía para reducir el material utilizado, la combinación de ensamblajes para reducir el trabajo y los pasos de ensamblaje y los posibles puntos de falla; también se reducen los costos, como la reducción del control de calidad y el inventario administrado ", dijo Greg Thompson, gerente global de productos para impresión 3D en Proto Labs.

Proto Labs permite a los ingenieros cargar sus propios archivos CAD digitales y la empresa transforma prototipos -volumen corre del producto en 15 días o menos.

"Una vez que tenemos el archivo, nuestro software incorpora herramientas de visualización y proporciona un diseño para el análisis de manufacturabilidad", dijo Thompson. "Luego, todo eso se traslada a nuestro taller, así como también al cliente con una cotización".

Dependiendo de la naturaleza del producto, Proto Labs admite impresión 3D, moldeado por inyección y fabricación CNC. Su proceso permite al cliente comprometerse con la creación de su diseño de principio a fin. Si algo necesita ajustarse, desde el tiempo de producción hasta la cantidad de materiales utilizados para el diseño, el cliente podrá responder antes de la producción.

"Ese hilo digital es crítico, porque si tuviéramos diferentes islas en diferentes pasos , no pudimos cumplir los plazos de entrega que entregamos ", dijo Thompson.

Prototipos

Las impresoras 3D también redujeron en gran medida el tiempo que lleva crear un prototipo funcional de un producto. Una creación de prototipos más rápida y más rápida acelera el desarrollo de productos, reduce costos en general y acelera el tiempo total de comercialización.

"La impresión 3D se usa ampliamente para crear prototipos en el desarrollo actual de productos para acelerar los ciclos de diseño y permitir a los diseñadores explorar de manera eficiente múltiples opciones. ", dijo el Dr. Paul Benning, técnico HP y técnico jefe de impresión en 3D de HP Inc." Normalmente, estos diseños se fabricaron en procesos analógicos, como el moldeo por inyección, pero en el futuro, las piezas se fabricarán con impresión 3D ".

Al utilizar la impresión 3D, se pueden crear fácilmente varias iteraciones de varios diseños para evaluar y recabar comentarios, lo que permite a las empresas determinar de manera temprana cuál es el mejor modelo. En el pasado, este tipo de práctica sería costosa y probablemente insostenible incluso para las empresas más rentables. Hoy en día, está al alcance de casi todos.

"Durante los últimos 25 años, el paradigma del desarrollo avanzado de productos ha sido hacer extensas simulaciones e iteraciones de diseño antes de crear los primeros prototipos funcionales para probar", dijo Beuth. "Ahora eso está cambiando, una vez que tenga un diseño funcional, puede imprimir un prototipo y probarlo a un costo mínimo. Esto reducirá sustancialmente los tiempos de desarrollo del producto".

Producción de bajo volumen

Mientras las impresoras 3D actualmente superan las convencionales métodos para los primeros miles de piezas producidas, ese número está en constante aumento, pintando la imagen de un futuro de fabricación impreso en 3D.

"En el futuro, es posible que toda la producción de piezas a corto plazo use impresión en 3D", Benning dijo. "Los equipos de productos enfocados [podrán] lanzar nuevos productos de forma semanal o diaria, solo limitados por su tiempo e imaginación, que ya no están limitados por los activos de capital necesarios para la producción analógica. Este proceso de desarrollo ágil para las partes físicas, habilitado por La impresión 3D tiene el potencial de mejorar y acelerar radicalmente los productos que veremos y usaremos en un futuro no muy lejano ".

Dagoma 3D está trabajando para hacer eso realidad. La ampliación de la producción de sus impresoras 3D, impresas parcialmente en 3D, le ha permitido producir de 50 a 70 impresoras por día. La compañía ahora cuenta con tres instalaciones, dos en Francia y otra en los Estados Unidos, con una flota de aproximadamente 850 impresoras 3D en total. Este año, la compañía espera enviar 15,000 impresoras.

"La impresión 3D de nuestras impresoras es ... más rápida y ... más económica para el cliente", dijo Matt Regnier, CEO de Dagoma 3D. "La impresión 3D nos ayuda a crecer más rápido y nos ayuda a reducir el costo y reducir el precio".

¿Un futuro de producción en masa?

A medida que pasa el tiempo, la cantidad de piezas que las impresoras 3D pueden adquirir mientras se jactan un mayor ROI que los métodos convencionales como el moldeado por inyección, continúa creciendo, dijo Regnier. Además, una línea de producción basada en tecnología de impresión 3D es más fácil de ajustar.

"Creo que una de las principales ventajas ... es poder ajustar y adaptar toda la línea de producción con la velocidad de las líneas de producción de impresión 3D". Regnier dijo. "Por ejemplo, si queremos mejorar algo en nuestra máquina, es fácil

y - con solo un clic de distancia. Para otra tecnología como la inyección, no está a un clic de distancia; está a dos o tres meses de distancia. Tendría que cambiar los moldes, enviarlos, asegurarse de que estén listos y en funcionamiento, y luego comenzar a producir. " Según Thompson, es poco probable que la impresión 3D suplante a la fabricación tradicional, pero para proyectos que tienen sentido, parece inevitable que las capacidades de la impresión 3D continuarán creciendo en términos de volumen.

"La industria de la impresión en 3D se está ocupando de aumentar la eficiencia de la máquina y de mantener bajo el costo de los materiales", dijo Thompson. "A medida que la industria continúe enfrentando esos desafíos, veremos más proyectos que tengan sentido para la impresión 3D en cantidades mayores, pero creo que será una evolución hacia eso".

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