Diseño aeroespacial en la era de la manufactura aditiva

Procesos híbridos que combinan lo mejor del mecanizado tradicional y la manufactura aditiva estan transformando la fabricación aeroespacial logrando una mayor precisión y eficiencia en la producción de componentes, y abriendo nuevas vías para la innovación. 
 

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En la producción de componentes aeroespaciales, los procesos híbridos implican la mezcla de diversas técnicas de fabricación para alcanzar la mejor calidad posible, abarcando métodos convencionales con la fabricación aditiva.

Una de las tendencias emergentes en industria aeroespacial es la combinación de técnicas tradicionales de mecanizado con la manufactura aditiva, donde cada proceso como el torneado, tiene subprocesos específicos que facilitan la creación de piezas.

Las aleaciones utilizadas en este sector se han beneficiado enormemente de la fabricación de objetos tridimensionales, permitiendo la creación de piezas con geometrías complejas que serían difíciles o imposibles de lograr, mediante un mecanizado tradicional. Un ejemplo notable es el desarrollo de centros de transformado que combina la producción por láser cladding con la fabricación sustractiva. Estas máquinas híbridas permiten la creación de componentes aeroespaciales con precisión y eficiencia, aprovechando lo mejor de ambos adelantos.

Esta combinación de dos técnicas ha abierto nuevas posibilidades en el diseño de componentes que requiere el sector, permitiendo la innovación y la adaptabilidad de una industria que exige los más altos estándares de calidad y precisión. Es importante mencionar que de acuerdo con cifras suministradas por la Asociación Española del Mecanizado y la Transformación Metalmecánica, (AFMEC), asociación que forma parte del conglomerado de la Asociación de Fabricantes de Máquinas Herramienta, (AFM) y reúne a compañías en el ámbito del mecanizado y la metalurgia, “la facturación aumentó un 18,6 % en 2022, al desglosar los números por subsectores, los incrementos son muy similares: el mecanizado acrecentó un  18,1 %, mientras que la calderería y deformación metálica un 18,7 %.

Tipos de procesos híbridos en la fabricación aeroespacial

1. Fabricación aditiva: 

Comúnmente conocida como impresión 3D, ha revolucionado la forma en que se producen componentes aeroespaciales, permitiendo la creación de piezas complejas con geometrías que serían difíciles de lograr mediante métodos tradicionales.

 
2. Mecanizado híbrido

Combina procesos aditivos y sustractivos para ofrecer lo mejor de ambos desarrollos. Esto resulta en una mayor eficiencia y precisión a la hora de producir piezas aeroespaciales.

 
3. Materiales híbridos

Se utilizan diferentes materiales como compuestos y metales en un solo componente, permitiendo aprovechar las propiedades únicas de cada material, como la resistencia al calor y la ligereza.

Componentes aeroespaciales híbridos: ejemplos que definen el futuro

La tecnología de fabricación híbrida, aunque es una innovación reciente, está ganando terreno rápidamente en los sectores automotriz y aeroespacial, un ejemplo de ello, es la impresión de piezas en 3D, “donde se usa la deposición de metal a partir de un polvo metálico para luego realizar un mecanizado sustractivo, es decir, tallar o moldear una figura desde un bloque de metal, para luego a través de la fabricación aditiva, superponer capas delgadas sobre esta estructura inicial para completar la pieza.” segun explica el Estudio sobre la aplicación de las tecnologías de fabricación aditiva al sector aeronáutico y espacial. 

La fabricación híbrida abre la oportunidad de combinar diferentes materiales en el proceso de producción, por ejemplo, si un componente necesita ser resistente al calor o al desgaste en una sección específica pero no en su totalidad, se pueden utilizar materiales menos costosos para construir la mayor parte de la pieza, lo que resulta en ahorros económicos.

Tips para procesos híbridos en la fabricación de piezas aeroespaciales:

1. Evaluación de materiales: Evalúe los materiales cuidadosamente para determinar su idoneidad para cada proceso.
2. Diseño orientado: Utilice un software CAD para diseñar piezas optimizadas para fabricación híbrida.
3. Optimización de procesos: Identifique qué partes de componente se beneficiarán más de cada método de fabricación.
4. Control de calidad: Implemente un sistema que abarque las fases del proceso híbrido.
5. Capacitación al personal: Asegúrese de que el equipo esté bien capacitado en tecnologías tanto tradicionales como avanzadas.

Es asi que, se espera que la fabricación aeroespacial híbrida experimente un aumento acelerado en el futuro, y los métodos implementados presenten diversos beneficios en comparación con las técnicas  convencionales, incluida la capacidad de fusionar las cualidades óptimas de varios materiales para  disminuir los gastos de producción y elevar la eficacia del proceso.

Adicionalmente, la fabricación aditiva está jugando un papel cada vez más importante en la innovación de la producción aeroespacial, permitiendo crear piezas complejas y personalizadas que pueden ser difíciles o imposibles de realizar. 

Retos de la innovación en la fabricación aeroespacial 

Los fabricantes de piezas  aeroespaciales  deben  abordar la futura aviación desde una perspectiva integral, dado que la industria es una de las principales fuentes de emisiones globales de CO2, la adopción de nuevas tecnologías siempre viene con su propio conjunto de desafíos y esto incluye la necesidad de formación especializada para el personal, la adaptación de las líneas de producción existentes y la garantía de que los nuevos métodos sean más seguros y fiables.

"Ante la necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, es crucial que pongamos nuestra atención en la invención de tecnologías, materiales y técnicas de fabricación sostenibles que el sector está requiriendo", agregó  Daniel Olvera Trejo, investigador del TEC, en entrevista del Instituto Tecnológico de Monterrey, en la feria aeroespacial de México, FAMEX 2023.

Por su parter los fabricantes pueden “producir componentes aeroespaciales más complejos, compactos e innovadores gracias a los métodos de prototipado rápido que comprende varias técnicas distintas, pero el objetivo consiste en poder producir rápidamente un prototipo tangible en 3D a partir de un archivo CAD de diseño asistido por ordenador. Con estos elementos, es posible realizar ensayos a pequeña escala sobre los nuevos materiales antes de pasar a una producción más alta.” señala Sandvik.coromant.com en el articulo titulado "Un futuro más verde para el aeroespacio".

En consecuencia, estas innovaciones no solo están mejorando la eficiencia y la precisión en la producción de componentes, sino que también están partiendo de nuevos desarrollos para la investigación y crecimiento del sector.