Así fue que GE llevó la impresión 3D a la producción en masa

Así fue que GE llevó la impresión 3D a la producción en masa

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La impresión 3D ha recibido mucha atención debido a las maravillas que puede hacer. También conocida como manufactura aditiva, ha abierto nuevos caminos para que los diseñadores creen formas personalizadas que antes eran demasiado caras o imposibles de hacer.

El potencial de la tecnología es enorme, pero el ingeniero de GE Aviation, Peter Martinello, advierte que esto solo es cierto si se tiene que imprimir solo una parte. Pero tan pronto se tienen que imprimir miles de copias de la misma parte de manera consistente, uno se encuentra en un territorio que es similar a la fabricación tradicional, pero también más complejo que cualquier cosa que hayamos tenido antes, agrega.

Martinello lo sabe mejor que cualquiera. Como ingeniero sénior para diseño aditivo en el Centro de Tecnología de Aditivos (ATC por su sigla en inglés) de GE Aviation en Cincinnati, en 2016 ayudó a llevar a la producción en masa una boquilla de combustible impresa en 3D que rocía eficientemente combustible dentro del motor a reacción LEAP. Con el tamaño de una nuez, esta compleja parte de metal se hacía previamente con 20 componentes. GE ahora imprime 600 de ellos por semana como una sola pieza.

Pero Martinello y sus colegas acaban de llevar esa hazaña a un nuevo nivel. Durante los últimos 10 meses han desarrollado un nuevo proceso para imprimir en masa una parte mucho más grande para una versión del motor a reacción GEnx que impulsa la última generación de Boeing 747. Para ello, el equipo también tuvo que "probar la producción" de la nueva línea de impresoras para la pieza.

Esta es la primera vez que GE diseña un proceso de producción en masa para una línea de impresoras propias fabricadas por Concept Laser, una empresa de ingeniería alemana que adquirió en 2016 Pequeños ajustes aquí y allá están bien en la fase de desarrollo, pero cuando comience la producción, todo tiene que estar listo, afirma Danny Brandel, ingeniero líder de fabricación en el ATC y miembro del equipo. Él dice que esto es especialmente importante en la aviación debido a las estrictas regulaciones de la FAA en materia de seguridad y calidad en los viajes aéreos.

GE Aviation planea comenzar a producir en masa las piezas del GEnx en su fábrica en Auburn, Alabama. "La razón por la que hicimos este proyecto fue porque representó varias novedades para nosotros", dice Eric Gatlin, gerente general del equipo de productos integrados de aditivos de GE Aviation. "Es nuestro primer programa que certificamos en una máquina Concept Laser, y también es el primer proyecto que hemos llevado del diseño a la producción en menos de 10 meses".

Pero la parte para el GEnx, un soporte simple del tamaño de una costilla humana que mantiene abierta la cubierta del motor durante el servicio, tenía algunas de estas cualidades. Ya era una sola pieza de metal y, como ya estaba dentro de un motor en funcionamiento, los diseñadores tuvieron que mantenerse cerca de los dibujos aprobados por la FAA.

Por ello, los miembros del equipo de Administración Global Aditiva, quienes deciden qué imprimir, tuvieron que ponerse de acuerdo sobre si querían hacer la parte. Cada dos semanas, los ingenieros presentaron sus ideas a este organismo diverso, que incluye empleados de la cadena de suministro, ingeniería y líneas de productos de motores de GE Aviation. “Cuando el proyecto vino por primera vez a nosotros, dijimos: 'Esto es un bicho raro, esto es un caso atípico'", sostiene Gatlin. "Tomó tiempo para que nos diéramos cuenta de que es exactamente para lo que se puede usar la manufactura aditiva, para demostrar su velocidad y bajo costo".

Ajustes en la impresora

Pero hasta aquí el proyecto estaba a medio hacer. Trabajando paralelamente, un equipo de ingenieros estaba preparando la máquina Concept Laser para la producción en masa. El grupo, con sede en los Estados Unidos y en Alemania, se reunió todos los días en una conferencia telefónica para realizar un seguimiento de su progreso y presentar sus próximos pasos. "Es un proceso altamente colaborativo", dice Martinello.

Seleccionaron la impresora M2 de Concept Laser, una máquina rápida y de tamaño mediano que utiliza un par de láseres para imprimir cuatro soportes a la vez. Una de las tareas del equipo desde el principio fue asegurarse de que los soportes que salían de las máquinas fueran de idéntica calidad. Por ejemplo, evaluaron un sistema diseñado para ventilar el humo producido cuando los láseres golpean y funden las capas de polvo en la forma deseada, y le dan más poder. Si se deja sin tratamiento, el humo podría depositar el hollín en los diminutos depósitos de metal fundido creados por los láseres y alterar la densidad de la pieza, pero también dispersar el rayo láser y hacerlo menos afilado. "El flujo de aire es bastante crítico en términos de obtener piezas con buena calidad interna y externa", dice Brandel.

Para controlar las condiciones dentro de las máquinas, los ingenieros instalaron sensores y cámaras de alta resolución para monitorear la potencia y la estabilidad del láser, los niveles de oxígeno en la cámara de impresión y otros factores. Comenzaron centrándose en máquinas individuales, pero en el futuro, introducirán los datos en la nube, controlarán los parámetros en toda una flota de impresoras y buscarán patrones que les permitirán detectar posibles problemas en una etapa temprana. "Queremos tener todo cuantificado y eliminar las variaciones del proceso", dice Martinello.

Preparar la pieza para imprimir era otro enigma. Para moverse más rápido, el equipo decidió imprimir el soporte de una aleación de cromo-cobalto, en lugar de la superaleación original basada en níquel, Inconel 625, porque la FAA ya lo había certificado para su uso dentro de los motores. Pero para que el enfoque fuera económico, tenían que imprimir cuatro soportes a la vez. Fue entonces cuando un grupo de diseñadores que trabajaban en el ATC idearon una solución inteligente: colocar todas las piezas como dedos entrelazados en una sola "placa de construcción" del tamaño de una pantalla de computadora promedio. "Parece uno de esos rompecabezas de bloques de madera, donde todas las piezas encajan", dice Gatlin. "Cuando lo imprimes, es difícil saber si se trata de una o cuatro partes, pero cuando las cortas de la placa, se separan".

Los ingenieros de ATC y Auburn pasaron la primavera colaborando y comparando notas para que Auburn esté lista para comenzar a arrancar los soportes. La lista incluye los parámetros de impresión, pero también el tratamiento térmico y los pasos de inspección. "No hay ninguna parte que se salga de una impresora y vaya directamente al motor", dice Gatlin.

De regreso en Cincinnati, Gatlin, Martinello, Brandel y sus colegas ya están trabajando en sus próximos proyectos. Han identificado más de 100 componentes que podrían imprimirse. De ellos, un tercio son productos nuevos como el motor Catalyst, pero el resto implica el rediseño de piezas existentes como el soporte, un nuevo mercado enorme para la fabricación aditiva. Por ejemplo, están trabajando en importantes proyectos de reducción de peso y costos en sus otras líneas de motores como el LEAP, el motor GE9X para el nuevo avión 777X de cabina ancha de Boeing, y programas militares.

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