PFC FMAV 53594781C - Universidad de Sevilla

Proyecto Fin de Carrera
Ingeniería Aeronáutica
Estudio sobre la aplicación de las tecnologías de
fabricación aditiva al sector aeronáutico y espacial.
Impresión 3D.
Autor: Francisco Manuel Acevedo Vallejo
Tutor: Mª Gloria del Río Cidoncha
Dpto. Ingeniería Gráfica
Escuela Técnica Superior de Ingeniería
Universidad de Sevilla
Sevilla, 2016
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Proyecto Fin de Carrera
Ingeniería Aeronáutica
Estudio sobre la aplicación de las tecnologías
de fabricación aditiva al sector aeronáutico y
espacial. Impresión 3D.
Autor:
Francisco Manuel Acevedo Vallejo
Tutor:
Mª Gloria del Río Cidoncha
Profesora titular
Depto. de Ingeniería gráfica
Escuela Técnica Superior de Ingeniería
Universidad de Sevilla
Sevilla, 2016
Proyecto Fin de Carrera: Estudio sobre la aplicación de las tecnologías de fabricación aditiva al
sector aeronáutico y espacial. Impresión 3D.
Autor:
Francisco Manuel Acevedo Vallejo
Tutor:
Mª Gloria del Río Cidoncha
El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes
miembros:
Presidente:
Vocales:
Secretario:
Acuerdan otorgarle la calificación de:
Sevilla, 2016
El Secretario del Tribunal
雨降って、地固まる
“Tras la lluvia,
la tierra se endurece”
– Proverbio japonés
A mis queridos padres, que lo han dado todo
para que haya podido llegar hasta aquí.
Agradecimientos.
Al haber llegado a este punto y echar la vista atrás, impresiona la plétora de personas que han
contribuido directa o indirectamente a que se haya podido realizar este Proyecto. El esfuerzo y
dedicación que se ha necesitado no sólo para la elaboración del mismo, sino para la formación
que ha sido necesaria acumular durante los años para alcanzar el nivel necesario para ello, hace
imprescindible valorar y agradecer debidamente a aquellos involucrados.
A todos mis profesores, que desde la infancia hasta mi paso por la universidad han inculcado en
mí los valores, constancia y conocimientos necesarios para llegar hasta donde estoy, os
agradezco vuestra sabiduría y vuestra dedicación a la enseñanza – sois un pilar fundamental de
la sociedad sin el cual nuestra civilización no sería la que es.
De entre todos ellos, mi agradecimiento más profundo a Juan Palacios y Gloria del Río del
Departamento de Ingeniería Gráfica de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Sevilla por
haberme propuesto este Proyecto tan fascinante que ha despertado en mí una gran pasión que
perseguiré a lo largo de mi carrera profesional.
A mi familia –tanto la de sangre como la que he encontrado entre extraños– os agradezco
encarecidamente vuestro apoyo incondicional, vuestro amor, amistad y ánimo sin el cual no
podría haber llegado a donde estoy hoy. En especial, a mis padres, Antonia y José, y a mi
compañero de penurias, fatigas y alegrías durante años en nuestro segundo hogar, el monstruo
rojo, Álvaro.
Por fin lo hemos logrado.
Francisco Manuel Acevedo Vallejo
Sevilla, 2016
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ii
Resumen.
Este Proyecto, Estudio sobre la aplicación de las tecnologías de fabricación aditiva al sector
aeronáutico y espacial. Impresión 3D trata de discernir si es posible y factible la aplicación de la
impresión 3D para la fabricación de piezas y componentes aeroespaciales.
Para ello, en primer lugar, se dan a conocer las tecnologías actuales de fabricación aditiva y se
proponen cuáles podrían ser las más deseables para el sector teniendo en cuenta las
características particulares de éste a la vez que se presentan las opciones comerciales
disponibles actualmente.
Con todo ello, se analiza desde el punto de vista económico y tecnológico la implantación en el
marco empresarial actual de la fabricación aeroespacial, identificando las limitaciones presentes
a la vez que se contrasta con casos ilustrativos reales.
Finalmente se valora el posible impacto que estas nuevas tecnologías podrían tener en el futuro
cercano sobre el marco productivo y social.
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iv
Abstract.
This Project, A Study on the Applicability of Additive Manufacturing Technologies to the
Aerospace Sector. 3D Printing tries to discern whether the use of current 3D printing
technologies is feasible and possible for the production of aerospace parts and components.
In order to do this, firstly, current additive manufacturing technologies are showcased and
studied, ultimately coming up with a selection of those most adequate taking into account the
peculiarities of the aerospace sector while also presenting current commercially available
options.
With all this, and with the use of real-world case studies, the implementation of these
technologies within the aerospace company sector is analysed economically and technologically,
identifying current limitations.
Lastly, the possible impact that these new technologies could have on production and society in
the near future is explored.
v
vi
Índice.
Agradecimientos. ........................................................................................ i
Resumen. .................................................................................................. iii
Abstract...................................................................................................... v
1. Introducción. ........................................................................................ 1
1.1.
Objetivos. ...................................................................................................................... 1
1.2.
Estructura y nomenclatura. Convenios. ........................................................................ 2
2. Fundamentos teóricos. ........................................................................ 5
2.1.
Introducción. ................................................................................................................. 5
2.2.
Fabricación aditiva. ....................................................................................................... 5
2.2.1.
Definiciones y conceptos básicos. ......................................................................... 5
2.2.2.
Nomenclatura complementaria alternativa.......................................................... 7
2.2.2.1.
“Rapid Prototyping”. ..................................................................................... 8
2.2.2.2.
Fabricación automatizada (“Autofab”). ........................................................ 9
2.2.2.3.
Fabricación de formato o forma libre (“Freeform Fabrication”). ................. 9
2.2.2.4.
Estereolitografía o impresión 3D (“Stereolithography”). ............................ 10
2.2.2.5.
Fabricación digital directa (“Direct Digital Manufacturing”). ...................... 11
2.2.2.6.
Otra terminología y aclaraciones. ............................................................... 11
2.2.3.
El proceso genérico: de CAD a pieza final. .......................................................... 13
2.2.3.1.
Diseño en CAD. ............................................................................................ 14
2.2.3.2.
Conversión a formato de archivo propio de la máquina AM. STL vs. AMF. 15
2.2.3.3.
Transferencia y manipulación del archivo por la máquina. ........................ 21
2.2.3.4.
Configuración de la máquina....................................................................... 22
2.2.3.5.
Fabricación de la pieza. ............................................................................... 23
2.2.3.6.
Obtención y limpieza de la pieza. ................................................................ 23
2.2.3.7.
Post-procesado............................................................................................ 24
2.2.3.8.
Puesta en servicio de la pieza...................................................................... 25
2.2.4.
Clasificación de las tecnologías de fabricación aditiva........................................ 26
2.2.4.1.
Clasificación según la ASTM. Clasificación según el proceso. ..................... 27
2.2.4.1.1. Procesos de fotopolimerización (“Vat Photopolymerization”). ............... 28
vii
2.2.4.1.2. Procesos de impresión (“Printing Processes”). ........................................ 29
2.2.4.1.3. Procesos de extrusión de material (“Extrusion Processes”). ................... 32
2.2.4.1.4. Procesos de fusión en lecho de polvo (“Powder Bed Fusion”). ............... 34
2.2.4.1.5. Procesos de laminación de chapas (“Sheet Lamination Processes”). ...... 35
2.2.4.1.6. Procesos de depositado mediante energía dirigida (“Directed Energy
Deposition”). ............................................................................................................... 37
2.2.4.2.
2.3.
Clasificación según D.T. Pham. .................................................................... 38
Tecnologías de AM de especial interés. ...................................................................... 41
2.3.1.
Definición y determinación de las tecnologías de “especial interés”. ................ 41
2.3.2.
Procesos de fusión en lecho de polvo (“PBF”). ................................................... 48
2.3.2.1.
Sinterizado selectivo por láser (“Selective Laser Sintering”)....................... 48
2.3.2.2.
Sinterizado directo de metal por láser (“Direct Metal Laser Sintering”). ... 51
2.3.2.3.
Sinterizado selectivo térmico (“Selective Heat Sintering”). ........................ 59
2.3.2.4.
Fundido selectivo por láser (“Selective Laser Melting”). ............................ 61
2.3.2.5.
Fundido por rayo de electrones (“Electron Beam Melting”). ..................... 66
2.3.2.6.
Resumen: comparación entre las tecnologías de “PBF”. ............................ 69
2.3.3.
Procesos de depositado mediante energía dirigida (“DED”). ............................. 71
2.3.3.1.
Formado por láser de polvo (“Laser Powder Forming”). ............................ 73
2.3.3.2.
Formación por fusión de iones (“Ion Fusion Formation”)........................... 77
2.3.3.3.
Fabricación directa mediante haz de electrones (“Electron Beam Direct
Manufacturing”). ............................................................................................................. 78
2.3.3.4.
2.4.
Resumen: comparación entre las tecnologías “DED”. ................................ 81
Otras tecnologías de AM. ............................................................................................ 83
2.4.1.
Procesos de fotopolimerización. ......................................................................... 83
2.4.1.1.
Estereolitografía (“Stereolithography”). ..................................................... 84
2.4.1.2.
Procesado digital de luz (“Digital Light Processing”). .................................. 85
2.4.2.
Procesos de extrusión. ........................................................................................ 87
2.4.2.1.
Modelado mediante depositado de fundidos (“Fused Deposition
Modelling”)...................................................................................................................... 87
2.4.2.2.
2.4.3.
Elaboración de contornos (“Contour Crafting”). ......................................... 89
Procesos de laminado de chapas. ....................................................................... 90
2.4.3.1.
Fabricación de objetos laminados (“Laminated Object Manufacturing”). . 90
2.4.3.2.
Consolidación ultrasónica (“Ultrasonic Consolidation”). ............................ 92
2.4.4.
Procesos de impresión. ....................................................................................... 96
2.4.4.1.
Procesos de inyección de material. ............................................................. 96
viii
2.4.4.2.
2.5.
Procesos de inyección de aglutinante. ........................................................ 99
Consideraciones finales de AM. ................................................................................ 102
2.5.1.
Consideraciones de materiales en AM. El problema de los cerámicos. ............ 102
2.5.2.
Listado de tecnologías de AM de interés. ......................................................... 103
2.5.3.
Comparación entre las tecnologías de interés. ................................................. 104
3. Estado del arte. ................................................................................ 109
3.1.
Introducción. ............................................................................................................. 109
3.2.
Evolución histórica de las tecnologías de fabricación aditiva. .................................. 109
3.2.1.
Década de 1980. ................................................................................................ 110
3.2.2.
Década de 1990. ................................................................................................ 111
3.2.3.
Década de 2000. ................................................................................................ 113
3.2.4.
Década de 2010 hasta la actualidad.................................................................. 115
3.3.
Estado actual del mercado de la AM......................................................................... 118
3.3.1.
3.3.1.1.
“3D Systems”. ............................................................................................ 119
3.3.1.2.
“EOS”. ........................................................................................................ 121
3.3.1.3.
“Optomec”. ............................................................................................... 122
3.3.1.4.
“Concept Laser”......................................................................................... 123
3.3.1.5.
“Renishaw”. ............................................................................................... 124
3.3.1.6.
“ReaLizer”. ................................................................................................. 125
3.3.1.7.
“SLM Solutions”. ........................................................................................ 126
3.3.1.8.
“Stratasys”. ................................................................................................ 127
3.3.1.9.
“Solidica” y “Fabrisonic”. ........................................................................... 128
3.3.1.10.
“Arcam AB”................................................................................................ 128
3.3.1.11.
“Sciaky Inc.”. .............................................................................................. 129
3.3.1.12.
“BeAM”...................................................................................................... 130
3.3.1.13.
Otras empresas de interés. ....................................................................... 130
3.3.2.
3.4.
Breve descripción de las principales empresas fabricantes actuales. .............. 118
Discusión sobre el estado actual del mercado. Tipos adicionales de empresas.
………………………………………………………………………………………………………………………131
Estado actual de las tecnologías de AM de interés. .................................................. 134
3.4.1.
Tecnologías de fusión en lecho de polvo (“PBF”).............................................. 135
3.4.1.1.
Principales fabricantes y máquinas de “SLS” y “DMLS” (sinterización). ... 135
3.4.1.1.1. Modelos de “3D Systems”. ..................................................................... 135
3.4.1.1.2. Modelos de “EOS”. ................................................................................. 136
ix
3.4.1.2.
Principales fabricantes y máquinas de “SLM” (fusión).............................. 137
3.4.1.2.1. Modelos de “ConceptLaser”. ................................................................. 137
3.4.1.2.2. Modelos de “SLM Solutions”. ................................................................ 138
3.4.1.2.3. Modelos de “ReaLizer”. .......................................................................... 138
3.4.1.2.4. Modelos de “Renishaw”. ........................................................................ 138
3.4.1.2.5. Modelos de “Arcam AB”. ....................................................................... 138
3.4.1.3.
3.4.2.
Discusión sobre el mercado de impresoras de “PBF”. .............................. 139
Tecnologías de depositado mediante energía dirigida (“DED”). ....................... 140
3.4.2.1.
Modelos de “Optomec”. ........................................................................... 140
3.4.2.2.
Modelos de “BeAM”.................................................................................. 140
3.4.2.3.
Modelos de “Sciaky Inc.”. .......................................................................... 141
3.4.3.
Consolidación ultrasónica. ................................................................................ 141
3.4.4.
Modelado mediante depositado de fundidos (“FDM”). ................................... 142
3.5.
Estado actual de otras tecnologías de AM. ............................................................... 143
3.6.
Consideraciones finales. ............................................................................................ 146
3.6.1.
El problema de la comercialización del material. ............................................. 146
3.6.2.
Vista general del mercado de AM. Eventos e información de interés. ............. 148
3.6.3.
Comparación de las tecnologías de interés. ..................................................... 150
4. Implementación de las tecnologías de AM en el sector aeroespacial
actual. Análisis económico y técnico. ..................................................... 154
4.1.
Introducción. ............................................................................................................. 154
4.2. Antecedentes: estudio del empleo de las tecnologías de AM en el sector
aeroespacial. ......................................................................................................................... 155
4.2.1.
Perspectiva general. Pasos y caminos estratégicos. ......................................... 155
4.2.1.1.
Compatibilidad del sector aeroespacial con las tecnologías de AM. Estado
actual, problemas y posibles soluciones. ...................................................................... 155
4.2.1.2.
Caminos estratégicos para la adopción de tecnologías de AM por empresas
del sector aeroespacial.................................................................................................. 160
4.2.2.
Estudio de casos específicos. ............................................................................ 163
4.2.2.1.
Empresas pertenecientes al primer camino estratégico........................... 163
4.2.2.2.
Empresas pertenecientes al segundo camino estratégico. ....................... 167
4.2.2.3.
Empresas pertenecientes al tercer camino estratégico. ........................... 172
4.2.2.4.
Empresas pertenecientes al cuarto camino estratégico. .......................... 178
4.2.3.
Casos de AM en el entorno institucional-educativo de Sevilla. ........................ 184
x
4.3. Análisis económico y técnico de la implementación de la AM en el sector
aeroespacial. ......................................................................................................................... 186
4.3.1.
Análisis económico. ........................................................................................... 186
4.3.2.
Análisis técnico. ................................................................................................. 194
4.3.2.1.
Los grandes retos técnicos que presenta la AM actualmente. ................. 196
4.3.2.2.
Análisis de las posibles soluciones a los retos técnicos de la AM actuales:
identificación de parámetros clave en la falta de consistencia de la calidad. .............. 198
4.3.2.2.1. Influencia de los parámetros en procesos de “DMLS” y “SLM”. Estudio
sobre “SLS” y materiales poliméricos resultantes..................................................... 199
4.3.2.2.2. Estudio sobre las propiedades de piezas fabricadas mediante “DED”. . 205
4.3.2.2.3. Estudio sobre las propiedades de las piezas fabricadas mediante “FDM”.
……………………………………………………………………………………………………………208
4.3.2.3.
Estudio desde el punto de vista técnico de la conformidad de las
tecnologías de AM “de interés”. ................................................................................... 210
4.4.
Discusión. Relevancia del empleo de las tecnologías de AM en el sector aeroespacial.
……………………………………………………………………………………………………………………………..212
5. Impacto de las tecnologías de AM en la industria y en la sociedad
actual y futura. Investigación y desarrollos futuros relevantes para el
sector aeroespacial. ............................................................................... 215
5.1.
Introducción. ............................................................................................................. 215
5.2.
Impacto sobre las tecnologías de AM en la industria actual y futura. ...................... 215
5.3.
Análisis sobre el impacto de la AM sobre la sociedad del futuro próximo. .............. 219
5.4. Casos ilustrativos recientes sobre la AM. Discusión sobre aplicaciones noveles dentro
del sector aeroespacial futuro. ............................................................................................. 221
6. Conclusiones. ................................................................................... 226
6.1.
Análisis del cumplimiento de los objetivos. .............................................................. 226
6.2.
Resumen y conclusión final. ...................................................................................... 228
6.3.
Líneas futuras de trabajo........................................................................................... 228
7. Anexos. ............................................................................................ 231
7.1.
Anexo 1. Modelos de “3D Systems”. ......................................................................... 231
7.2.
Anexo 2. Modelos de “EOS”. ..................................................................................... 246
7.3.
Anexo 3. Modelos de “ConceptLaser”. ..................................................................... 264
7.4.
Anexo 4. Modelos de “SLM”. .................................................................................... 271
7.5.
Anexo 5. Modelos de “ReaLizer”. .............................................................................. 280
7.6.
Anexo 6. Modelos de “Renishaw”. ............................................................................ 286
xi
7.7.
Anexo 7. Modelos de “Arcam AB”. ........................................................................... 288
7.8.
Anexo 8. Modelos de “Optomec”. ............................................................................ 293
7.9.
Anexo 9. Modelos de “BeAM”. ................................................................................. 299
7.10.
Anexo 10. Modelos de “Sciaky Inc.”. ..................................................................... 302
7.11.
Anexo 11. Modelos de “Fabrisonic”. ..................................................................... 304
7.12.
Anexo 12. Modelos de “Stratasys”. ....................................................................... 306
8. Bibliografía y referencias. ................................................................. 313
xii
Índice de figuras.
Figura 2-1: comparación de una pieza fabricada con distintos espesores de capa mediante
fabricación aditiva. Muestra el espesor de las capas y el tiempo empleado por una máquina en
particular en fabricarlas. ............................................................................................................... 7
Figura 2-2: ejemplos de la complejidad geométrica de las piezas que se puede conseguir
usando máquinas de fabricación aditiva. Ilustración del concepto de “fabricación de formato o
forma libre de sólidos” (SFF). ...................................................................................................... 10
Figura 2-3: Ilustración de los ocho pasos genéricos en el proceso que lleva desde el diseño de
la pieza en un entorno CAD hasta su puesta en servicio. [15] .................................................... 13
Figura 2-4: Representación simplificada a título ilustrativo de la aproximación de un toroide tal
como aparece en un archivo CAD (trazo discontinuo) mediante una superficie formada por
triángulos planos (trazos continuos) presentes en un archivo STL. La “x” representa el punto de
distancia mínima entre el plano formado por el triángulo de lados “a”, “b” y “c” y el toroide. 16
Figura 2-5: Muestra de los cambios opcionales que el método de aproximación para el formato
AMF introduce respecto al formato STL. Curvatura de los triángulos en tres dimensiones
(superior derecha) o curvatura de los lados (inferior derecha). ................................................. 18
Figura 2-6: División recursiva de los triángulos de la aproximación AMF generando 4n
triángulos adicionales para obtener las superficies triangulares curvas. En este caso, n = 2 y el
triángulo inicial es plano para simplificar la representación del concepto. Nótese que esta
división recursiva sólo se aplica si el triángulo inicial ha de ser curvo........................................ 19
Figura 2-7: Dos gráficas de “error” vs. “número de triángulos” en el caso de intentar aproximar
la esfera unidad mediante los métodos del formato STL frente a los del AMF con n = 1, 2, 3, …,
6 subdivisiones. ........................................................................................................................... 20
Figura 2-8: Esquema ilustrativo de la clasificación de las tecnologías de fabricación aditiva
según el proceso seguido por la máquina en la fabricación. ...................................................... 28
Figura 2-9: Esquema del proceso de fotopolimerización. .......................................................... 29
Figura 2-10: Esquema de un proceso de impresión. A la izquierda, inyección de material. A la
derecha, inyección de aglutinante. ............................................................................................. 30
Figura 2-11: Esquema del proceso de extrusión de material. .................................................... 33
Figura 2-12: Esquema del proceso de fusión en lecho de polvo. ............................................... 35
Figura 2-13: Esquema del proceso de laminación. ..................................................................... 36
Figura 2-14: Esquema del proceso de depositado mediante energía dirigida. .......................... 38
Figura 2-15: Esquema o tabla ilustrativa de la selección de las tecnologías de fabricación
aditivas de interés según parámetros técnicos........................................................................... 43
Figura 2-16: Diagrama de una máquina que emplea la tecnología de sinterizado selectivo por
láser (“SLS”). ................................................................................................................................ 50
Figura 2-17: Ejemplos de piezas fabricadas mediante la tecnología “SLS”................................. 50
Figura 2-18: Piezas fabricadas mediante “SLS” en el lecho de polvo antes de ser extraídas y
limpiadas. .................................................................................................................................... 51
xiii
Figura 2-19: Operarios realizando tareas de extracción y limpieza de piezas fabricadas por
“SLS”. ........................................................................................................................................... 51
Figura 2-20: Cámara interior de una máquina de “DMLS” fabricada por EOS. .......................... 52
Figura 2-21: Actuación del láser sobre una capa de polvo metálico, sinterizándola en el interior
de una máquina de “DMLS”. ....................................................................................................... 53
Figura 2-22: Proceso de recuperación del polvo metálico durante la limpieza de la pieza
fabricada mediante “DMLS” empleando una manguera de succión y un tamizado. ................. 57
Figura 2-23: Proceso de limpieza de piezas fabricadas mediante “DMLS”................................. 58
Figura 2-24: Ejemplos de piezas fabricadas de diferentes materiales mediante el proceso de
“DMLS”. ....................................................................................................................................... 58
Figura 2-25: Dos piezas fabricadas mediante la tecnología “Micro Laser Sintering” (“MLS”). ... 59
Figura 2-26: Máquina de fabricación aditiva de la empresa “Blueprinter” que emplea la
tecnología “SHS”. ........................................................................................................................ 60
Figura 2-27: Muestrario de piezas fabricadas mediante la tecnología “SHS”. ........................... 60
Figura 2-28: Ilustración del proceso de “SLM”. .......................................................................... 62
Figura 2-29: Ilustración de los fuertes gradientes de temperatura y tensiones residuales que
causan deformaciones en piezas no-ancladas empleando el proceso de “SLM”. ...................... 62
Figura 2-30: Máquina de “SLM” de la empresa “Concept Laser”. Actualmente una de las de
mayores dimensiones en el mercado. ........................................................................................ 64
Figura 2-31: Actuación del láser durante la creación de una capa en el interior de una máquina
de “SLM”. .................................................................................................................................... 64
Figura 2-32: muestrario de piezas fabricadas mediante la tecnología “SLM”. ........................... 66
Figura 2-33: Ilustración del proceso de “EBM”. .......................................................................... 67
Figura 2-34: muestrario de piezas fabricadas en aleaciones de titanio mediante la tecnología
“EBM”. ......................................................................................................................................... 68
Figura 2-35: Tres ejemplos de reparación de componentes de turborreactores mediante la
tecnología de “DED”. ................................................................................................................... 71
Figura 2-36: esquema ilustrativo sobre el proceso de “LPF”. ..................................................... 73
Figura 2-37: ejemplo de máquina de “LPF” con cámara inerte (izq.) y otra sin ella (der.). ........ 73
Figura 2-38: empleo de chorro de gas inerte para la inyección del material en polvo en la
tecnología “LPF”. ......................................................................................................................... 74
Figura 2-39: muestrario de piezas fabricadas mediante la tecnología “LPF”. ............................ 76
Figura 2-40: secuencia de reparación de un eje de un fan de una aeronave dañado mediante la
tecnología de “LPF”. .................................................................................................................... 77
Figura 2-41: máquina de “EBDM”, mostrando su cámara de construcción de 22 m3. ............... 79
Figura 2-42: sistema de alimentación único de alambre en una máquina “EBDM”................... 79
Figura 2-43: muestra de los diferentes acabados superficiales de piezas fabricadas mediante
“EBDM”. ...................................................................................................................................... 80
Figura 2-44: ilustración del proceso de “SLA”............................................................................. 84
Figura 2-45: Máquina de “SLA”. .................................................................................................. 84
Figura 2-46: muestrario de objetos fabricados mediante la tecnología “SLA”. .......................... 85
Figura 2-47: esquema ilustrativo de la tecnología “DLP”. .......................................................... 86
Figura 2-48: máquinas que emplean la tecnología “DLP”. ......................................................... 86
Figura 2-49: muestrario de modelos creados mediante la tecnología “DLP”. ............................ 86
Figura 2-50: ilustración del proceso de “FDM”. .......................................................................... 87
xiv
Figura 2-51: máquina de “FDM” de uso doméstico (izq.) y máquina de “FDM” de uso
profesional (der.)......................................................................................................................... 88
Figura 2-52: aplicación del tratamiento mediante baño en vapor de acetona para eliminar las
marcas de las capas de la superficie de una pieza fabricada mediante “FDM”.......................... 89
Figura 2-53: piezas fabricadas mediante “FDM” para un modelo de aeronave en fase de diseño
de la NASA. .................................................................................................................................. 89
Figura 2-54: empleo de la tecnología “CC” para la construcción de un edificio. ........................ 89
Figura 2-55: ilustración esquemática detallada del proceso de una máquina de “LOM”. ......... 91
Figura 2-56: máquina de “LOM”. ................................................................................................ 91
Figura 2-57: muestrario de tres piezas fabricadas de papel mediante la tecnología “LOM”. .... 92
Figura 2-58: las dos fases de la consolidación ultrasónica: (izq.) soldadura ultrasónica; (der.)
fresado. ....................................................................................................................................... 93
Figura 2-59: máquina de consolidación ultrasónica. .................................................................. 93
Figura 2-60: pares de metales y aleaciones compatibles para ser unidos en el proceso de “UC”.
..................................................................................................................................................... 95
Figura 2-61: detalles de algunos pares metálicos unidos mediante soldadura ultrasónica. ...... 95
Figura 2-62: muestrario de piezas aeroespaciales fabricadas mediante la tecnología “UC”. .... 96
Figura 2-63: luz UV en un cabezal de impresión curando la foto-resina a la vez que la deposita.
..................................................................................................................................................... 97
Figura 2-64: diferentes cabezales de foto-resinas para impresoras 3D pertenecientes a la
tecnología de “MJ”. ..................................................................................................................... 97
Figura 2-65: Dos ejemplos de máquinas de AM que emplean la tecnología de impresión con
inyección de material. ................................................................................................................. 98
Figura 2-66: muestrario de objetos fabricados mediante la tecnología de impresión con
inyección de material. ................................................................................................................. 98
Figura 2-67: máquinas de impresión mediante inyección de aglutinante.................................. 99
Figura 2-68: ilustración detallada del proceso de impresión mediante inyección de aglutinante.
................................................................................................................................................... 100
Figura 2-69: muestrario de piezas fabricadas mediante metales y cerámicas mediante la
tecnología de inyección de aglutinante. ................................................................................... 101
Figura 3-1: primera máquina de AM de la historia, así como algunos de las piezas creadas con
ella. 1983. .................................................................................................................................. 111
Figura 3-2: sistema complejo de engranajes fabricado mediante las tecnologías AM de la
década de los 90........................................................................................................................ 113
Figura 3-3: “Urbee”, el primer coche de la historia cuyo chasis exterior ha sido fabricado
empleando AM. ......................................................................................................................... 116
Figura 3-4: UAV “SULSA”, primera aeronave fabricada mediante AM. .................................... 116
Figura 3-5: estructura interna de “SULSA”, fabricada mediante polivinilo empleando “SLS”.. 117
Figura 3-6: aerorreactor del programa “LEAP” de “GE”, que para el año 2016 prevé incluir en él
hasta 19 componentes creados mediante “EBM” y otras técnicas AM. .................................. 117
Figura 3-7: primer exoesqueleto fabricado mediante tecnologías de AM, permitiéndole andar
de nuevo a Amanda Boxtel, parapléjica durante años a causa de un accidente. ..................... 118
Figura 3-8: actual logotipo de la empresa “3D Systems”.......................................................... 119
Figura 3-9: logotipo actual de la empresa “EOS”. ..................................................................... 121
Figura 3-10: logotipo actual de la empresa “Optomec”. .......................................................... 122
xv
Figura 3-11: logotipo actual de la empresa “ConceptLaser”. ................................................... 123
Figura 3-12: logotipo actual de la empresa “Renishaw”........................................................... 124
Figura 3-13: logotipo actual de la empresa “Realizer”. ............................................................ 125
Figura 3-14: actual logotipo de la empresa “SLM Solutions”. .................................................. 126
Figura 3-15: logotipo actual de la empresa “Stratasys”............................................................ 127
Figura 3-16: logotipos actuales de las empresas “Solidica” y “Fabrisonic”. ............................. 128
Figura 3-17: logotipo actual de la empresa “Arcam AB”. ......................................................... 128
Figura 3-18: logotipo actual de la empresa “Sciaky Inc.”. ........................................................ 129
Figura 3-19: logotipo actual de la empresa “BeAM”. ............................................................... 130
Figura 3-20: gráfico ilustrativo sobre los precios de material típico por kg frente al mercado
libre (“Free market”) y mercado cerrado (“Lockin”). ................................................................ 147
Figura 4-1: logotipo actual de la empresa “Boeing”. ................................................................ 164
Figura 4-2: modelo conceptual del UAV “Phantom Swift” de “Boeing”. .................................. 164
Figura 4-3: prototipo funcional de un UAV de VTOL fabricado por la empresa “Boeing” en
menos de 30 días de desarrollo. ............................................................................................... 165
Figura 4-4: logotipo actual de la agencia estadounidense “NASA”. ......................................... 165
Figura 4-5: prototipos funcionales de vehículos de exploración de marte de “NASA” durante
pruebas en el desierto que contienen unas 70 piezas diferentes fabricadas mediante “FDM”.
................................................................................................................................................... 166
Figura 4-6: ejemplos de dos piezas fabricadas de termoplásticos de altas prestaciones por
máquinas de “FDM” en el vehículo de exploración de Marte de la “NASA”. ........................... 166
Figura 4-7: logotipo actual de la empresa “ACS”. ..................................................................... 166
Figura 4-8: ejemplos de utillajes altamente personalizados fabricados mediante “FDM”
empleados para la reparación de componentes aeronáuticos por la empresa “ACS”. ............ 167
Figura 4-9: logotipo actual de la empresa “BAE Systems”........................................................ 168
Figura 4-10: pieza de repuesto fabricada mediante “SLS” para la aeronave BAe 146 por la
empresa “BAE Systems”. ........................................................................................................... 169
Figura 4-11: detalles de la pieza de nailon del tubo respirador de ventana fabricado mediante
“SLS”. ......................................................................................................................................... 169
Figura 4-12: logotipo actual de la empresa “Rolls-Royce”........................................................ 170
Figura 4-13: reparación de una brida (“flange”) en una de las carcasas de un motor “RollsRoyce” mediante “DED”. ........................................................................................................... 170
Figura 4-14: geometría mallada fabricada en aleación de níquel mediante “DED” sobre un
elemento del estátor de la turbina de alta presión favoreciendo las propiedades de la capa de
barrera térmica (“TBC”) en un aerorreactor de “Rolls-Royce”. ................................................ 171
Figura 4-15: logotipo actual de la empresa “Lufthansa Technik”. ............................................ 171
Figura 4-16: reacondicionamiento de ranura desgastada de álabe del compresor de alta
presión en un aerorreactor mediante “laser cladding”. ........................................................... 172
Figura 4-17: logotipo actual de la empresa “GE Aviation”. ...................................................... 174
Figura 4-18: refuerzos de titanio de los álabes del fan del nuevo aerorreactor de “GE” cuyas
secciones más complejas se han fabricado mediante “EBM”. ................................................. 175
Figura 4-19: inyector de combustible de los nuevos turbofan “LEAP” fabricados por “GE”
mediante AM............................................................................................................................. 175
Figura 4-20: fabricación de los inyectores de combustible del aerorreactor “LEAP” mediante
“SLM”. ....................................................................................................................................... 176
xvi
Figura 4-21: logotipo actual de la empresa “Airbus”. ............................................................... 176
Figura 4-22: varias iteraciones de uno de los soportes bisagra de la góndola del motor de un
“A320” rediseñado y fabricado en titanio mediante “DMLS”. La pieza de acero obtenida
mediante fundición original se encuentra a la derecha............................................................ 177
Figura 4-23: logotipo actual de la empresa “Lockheed Martin”. .............................................. 177
Figura 4-24: soporte de detección de fuga de aire de sangrado fabricado en titanio mediante
“EBM” antes (arriba) y después (debajo) del post-procesado.................................................. 178
Figura 4-25: logotipo actual de la empresa “Lockheed Martin”. .............................................. 179
Figura 4-26: caza “F-35” de la empresa “Lockheed Martin”..................................................... 179
Figura 4-27: larguero de titanio de los “flaperon” del caza “F-35” fabricado mediante “EBDM”.
................................................................................................................................................... 180
Figura 4-28: logotipo actual de la empresa “GE Aviation”. ...................................................... 180
Figura 4-29: Álabe de turbina fabricado por “Morris Technologies” para “GE” (izq.) y máquinas
de “DMLS” de las que dispone (der.). ....................................................................................... 181
Figura 4-30: logotipo actual de la agencia estatal “NASA”. ...................................................... 181
Figura 4-31: impresora de “FDM” “Zero-G Printer” de “Made in Space”................................. 182
Figura 4-32: impresora de “FDM” instalada en la ISS (arriba) y astronauta comandante de la ISS
con la llave de carraca recién fabricada por dicha impresora (debajo). ................................... 183
Figura 4-33: Máquina de “FDM” de “Stratasys” perteneciente a la Universidad Politécnica
Superior de la Universidad de Sevilla. ....................................................................................... 184
Figura 4-34: muestrario de piezas creadas mediante la impresora 3D de “FDM” de la EPS de la
US. ............................................................................................................................................. 185
Figura 4-35: Máquinas de AM que actualmente posee “FADA-CATEC” de “SLA” (izq.) y de
“SLM” (der.)............................................................................................................................... 185
Figura 4-36: proyección desde 2014 de la inversión en AM de las empresas aeroespaciales. 186
Figura 4-37: mercado de las tecnologías de fabricación aditiva. .............................................. 187
Figura 4-38: venta de sistemas AM por sectores industriales para el 2013. ............................ 187
Figura 4-39: venta de impresoras 3D que procesan metales. .................................................. 188
Figura 4-40: número total de impresoras 3D vendidas globalmente. Previsión hasta el 2017.188
Figura 4-41: gastos totales del sector aeroespacial en cuanto a la fabricación. ...................... 189
Figura 4-42: gastos totales del sector aeroespacial en cuanto a materiales en el 2013. ......... 190
Figura 4-43: visualización del parámetro “distancia entre puntos” o “PD”. Se muestran tres
distancias diferentes. ................................................................................................................ 194
Figura 4-44: visualización del parámetro “velocidad de escaneado” o “SP” a diferentes “PD”
constantes y todo a potencia constante. .................................................................................. 195
Figura 4-45: ilustración del parámetro de “tiempo de exposición” a tres distancia entre puntos
diferentes y potencia del láser constante. ................................................................................ 195
Figura 4-46: esquema de los aspectos técnicos y económicos que influyen en las propiedades
físico-mecánicas de piezas fabricadas mediante “DMLS”. ........................................................ 199
Figura 4-47: efecto de la potencia del láser en la sinterización de metales en “DMLS”. Arriba:
polvo metálico sin procesar. Abajo: sinterización de dicho polvo a potencias de láser mayores,
incrementando en orden alfabético. ........................................................................................ 201
Figura 4-48: resultados sobre la influencia de distancia entre puntos y potencia del láser en los
parámetros de la pieza final resistencia a compresión (izq.), densidad (centro) y dureza (der.).
................................................................................................................................................... 202
xvii
Figura 4-49: Influencia de la velocidad de escaneado a potencia de láser constante (195 W) y
densidad de energía ascendente (izq.) y de la potencia del láser y velocidad de escaneado a
densidad energética constante (der.) en la densidad de un acero obtenido mediante “SLM”.
................................................................................................................................................... 202
Figura 4-50: influencia de la potencia del láser y velocidad de escaneado en la porosidad de
una pieza fabricada mediante “SLM” con densidad energética variable y constante. ............. 203
Figura 4-51: porosidad “tipo bola” presente en metales procesados en “SLM” a altas potencias
de láser y a altas velocidades de escaneado. Detalle de una grieta producida por tensiones
térmicas residuales. .................................................................................................................. 203
Figura 4-52: porosidades típicas de bajas potencias del láser para un material dado. Suelen
estar presentes partículas del polvo no procesado, como se muestra en la ampliación (der.).
................................................................................................................................................... 204
Figura 4-53: estructuras “tipo cuenco” típicas del “SLM” resultantes en los planos X-Z e Y-Z. 204
Figura 4-54: cambio en la dirección del crecimiento de los granos según la dirección de
escaneado del láser en una aleación de níquel “Inconel 625” en un proceso “DED”. ............. 206
Figura 4-55: estructura de columna dendrítica presente en la aleación de níquel “Inconel 625”
procesada mediante “DED”. Su orientación respecto al sustrato varía según la dirección de
escaneado del láser. .................................................................................................................. 206
Figura 4-56: comparación entre porosidades en una aleación de titanio 6-4 empleando “DED”.
Izq.: a bajas potencias de láser (400 W) debido a partículas no fundidas; der.: a alta potencia
(800 W) debido a burbujas de gas atrapados en el caldo fundido. .......................................... 207
Figura 4-57: visualización de los “huecos de aire” típicos de piezas fabricados mediante “FDM”.
................................................................................................................................................... 208
Figura 4-58: orientaciones de la dirección de depositado en “FDM” empleado en las probetas
de prueba de una investigación. (a) a 0˚, (b) a 45˚, (c) a 90˚ y (d) a ± 45˚. ............................... 209
Figura 4-59: rotura de una pieza fabricada por “FDM” por la capa más débil. ........................ 209
Figura 4-60: roturas por tracción de piezas fabricadas mediante “FDM” con diferentes
orientaciones de depositado..................................................................................................... 209
Figura 4-61: deformación importante de una pieza fabricada mediante “FDM” a compresión
cuya orientación de depositado es de 45˚ ................................................................................ 210
Figura 5-1: aplicación de la robótica a la fabricación aditiva. Empleo de pequeños robots
trabajando conjuntamente para la fabricación de una estructura mucho mayor. .................. 222
Figura 5-2: concepto y proyecto de la “ESA” para la fabricación de estructuras en la Luna
empleando un robot con funciones de fabricación aditiva. ..................................................... 223
Figura 5-3: posible empleo de materiales adaptables o “morphing” para aplicaciones
aeroespaciales futuras. ............................................................................................................. 223
Figura 7-1: Impresoras de la serie “ProX”; izq. “ProX 500”, der. “ProX 500 Plus”. ................... 231
Figura 7-2: Impresora de SLS “sPro 60 HD” de “3D Systems”................................................... 233
Figura 7-3: Impresora de SLS “sPro 140” de “3D Systems”. ..................................................... 235
Figura 7-4: Impresora de SLS “sPro 230” de “3D Systems”. ..................................................... 237
Figura 7-5: Impresora de DMLS “ProX 100” de “3D Systems”. ................................................. 239
Figura 7-6: Impresora de DMLS “ProX 200” de “3D Systems”. ................................................. 241
Figura 7-7: Impresora de DMLS “ProX 300” de “3D Systems”. ................................................. 243
Figura 7-8: Impresora de DMLS “ProX 400” de “3D Systems”. ................................................. 244
Figura 7-9: Impresora de SLS “FORMIGA P 110” de “EOS”. ...................................................... 246
xviii
Figura 7-10: Impresora de SLS “EOS P 396” de “EOS”. ............................................................. 248
Figura 7-11: Impresora de SLS “EOSINT P 760” de “EOS”. ........................................................ 250
Figura 7-12: Impresora de SLS “EOSINT P 800” de “EOS”. ........................................................ 253
Figura 7-13: Impresora de DMLS “EOSINT M 280” de “EOS”. .................................................. 256
Figura 7-14: Impresora de DMLS “EOS M 290” de “EOS”. ........................................................ 259
Figura 7-15: Impresora de DMLS “EOS M 400” de “EOS”. ........................................................ 261
Figura 7-16: Impresora de SLM “M1 Cusing” de “ConceptLaser”. ........................................... 264
Figura 7-17: Impresora de SLM “M2 Cusing” de “ConceptLaser”. ........................................... 266
Figura 7-18: Impresora de SLM “X Line 1000R” de “ConceptLaser”. ........................................ 269
Figura 7-19: Impresora de SLM “SLM 125 HL” de “SLM Solutions”. ......................................... 271
Figura 7-20: Impresora de SLM “SLM 280 HL” de “SLM Solutions”. ......................................... 274
Figura 7-21: Impresora de SLM “SLM 500 HL” de “SLM Solutions”. ......................................... 277
Figura 7-22: Impresora de SLM “SLM 50” de “ReaLizer”. ......................................................... 280
Figura 7-23: Impresora de SLM “SLM 100” de “ReaLizer”. ....................................................... 282
Figura 7-24: Impresora de SLM “SLM 125” de “ReaLizer”. ....................................................... 284
Figura 7-25: Impresora de SLM “SLM 250” de “ReaLizer”. ....................................................... 284
Figura 7-26: Impresora de SLM “AM250” de “Renishaw”. ....................................................... 286
Figura 7-27: Impresora de EBM “Arcam Q10” de “Arcam AB”. ................................................ 288
Figura 7-28: Impresora de EBM “Arcam Q20” de “Arcam AB”. ................................................ 290
Figura 7-29: Impresora de EBM “Arcam A2X” de “Arcam AB”. ................................................ 291
Figura 7-30: Impresora de DED “LENS 450” de “Optomec”. .................................................... 293
Figura 7-31: Impresora de DED “LENS MR-7” de “Optomec”. .................................................. 295
Figura 7-32: Impresora de DED “LENS 850-R” de “Optomec”. ................................................. 297
Figura 7-33: Impresora de DED “VC LF200” de “BeAM”. .......................................................... 299
Figura 7-34: Impresora de DED “VI LF4000” de “BeAM”. ......................................................... 300
Figura 7-35: Impresora de DED “VX-110” de “Sciaky Inc.”. ...................................................... 302
Figura 7-36: Impresora de UC “SonicLayer 4000” de “Fabrisonic”. .......................................... 304
Figura 7-37: Impresora de UC “SonicLayer 7200” de “Fabrisonic”. .......................................... 305
Figura 7-38: Impresoras de FDM “Fortus 360mc” (izq.) y “Fortus 400mc” (der.) de “Stratasys”.
................................................................................................................................................... 306
Figura 7-39: Impresoras de FDM “Fortus 450mc” (izq.) y “Fortus 380mc” (der.) de “Stratasys”.
................................................................................................................................................... 308
Figura 7-40: Impresora de FDM “Fortus 900mc” de “Stratasys”. ............................................. 310
xix
xx
Índice de tablas.
Tabla 2-1: Clasificación de las tecnologías de AM según D.T. Pham, de acuerdo a dos criterios
diferentes. ................................................................................................................................... 40
Tabla 2-2: parámetros relevantes de las aleaciones que proporciona EOS para uso en sus
máquinas de “DMLS”. ................................................................................................................. 56
Tabla 2-3: Resumen sobre conformidad de cada tecnología de “PBF” con los objetivos del
Proyecto. ..................................................................................................................................... 70
Tabla 2-4: resumen y comparación de las diferentes tecnologías “DED”. ................................. 82
Tabla 2-5: Comparación relativa y cuantitativa entre las tecnologías de AM de interés. ........ 106
Tabla 3-1: Recopilación de datos relevantes de las impresoras de otras tecnologías de AM. . 145
Tabla 3-2: tabla resumen de las principales características de las impresoras “de interés”
estudiadas. ................................................................................................................................ 151
Tabla 4-1: Aplicaciones actuales y potenciales de las tecnologías de fabricación aditiva en el
sector aeroespacial. .................................................................................................................. 158
Tabla 4-2: Problemas más importantes actuales y posibles soluciones para una mayor
adopción de las tecnologías de AM en el sector aeroespacial. ................................................ 159
Tabla 4-3: consideraciones y posibles impactos en las empresas aeroespaciales al adoptar las
tecnologías AM.......................................................................................................................... 192
Tabla 4-4: consideraciones estratégicas y beneficios de la adopción de las tecnologías de AM
en la cadena de valores de una empresa aeroespacial............................................................. 193
Tabla 4-5: comparación de las tecnologías de AM “de interés” cuyos resultados de
investigaciones se han podido estudiar en comparación con las fabricadas mediante métodos
convencionales. La calidad de las piezas de AM se considera sin aplicarle ningún postprocesado. ................................................................................................................................. 211
Tabla 7-1: datos relevantes del modelo “500” de la serie “ProX” de “3D Systems”. ............... 232
Tabla 7-2: datos relevantes del modelo “60 HD” de la serie “sPro” de “3D Systems”. ............ 235
Tabla 7-3: datos relevantes del modelo “140” de la serie “sPro” de “3D Systems”................. 236
Tabla 7-4: datos relevantes del modelo “230” de la serie “sPro” de “3D Systems”................. 238
Tabla 7-5: datos relevantes del modelo “100” de la serie “ProX” de “3D Systems”. ............... 240
Tabla 7-6: datos relevantes del modelo “200” de la serie “ProX” de “3D Systems”. ............... 242
Tabla 7-7: datos relevantes del modelo “300” de la serie “ProX” de “3D Systems”. ............... 244
Tabla 7-8: datos relevantes del modelo “400” de la serie “ProX” de “3D Systems”. ............... 245
Tabla 7-9: datos relevantes del modelo “FORMIGA P 110” de “EOS”. ..................................... 248
Tabla 7-10: datos relevantes del modelo “EOS P 396” de “EOS”. ............................................ 250
Tabla 7-11: datos relevantes del modelo “EOSINT P 760” de “EOS”. ....................................... 252
Tabla 7-12: datos relevantes del modelo “EOSINT P 800” de “EOS”. ....................................... 256
Tabla 7-13: datos relevantes del modelo “EOSINT M 280” de “EOS”. ..................................... 258
Tabla 7-14: datos relevantes del modelo “EOS M 290” de “EOS”. ........................................... 261
Tabla 7-15: datos relevantes del modelo “EOS M 400” de “EOS”. ........................................... 263
Tabla 7-16: datos relevantes del modelo “M1 Cusing” de “ConceptLaser”. ............................ 265
xxi
Tabla 7-17: datos relevantes del modelo “M2 Cusing” de “ConceptLaser”. ............................ 268
Tabla 7-18: datos relevantes del modelo “X Line 1000R” de “ConceptLaser”. ........................ 270
Tabla 7-19: datos relevantes del modelo “SLM 125 HL” de “SLM Solutions”. ......................... 273
Tabla 7-20: datos relevantes del modelo “SLM 280 HL” de “SLM Solutions”. ......................... 276
Tabla 7-21: datos relevantes del modelo “SLM 500 HL” de “SLM Solutions”. ......................... 279
Tabla 7-22: datos relevantes del modelo “SLM 50” de “ReaLizer”........................................... 281
Tabla 7-23: datos relevantes del modelo “SLM 100” de “ReaLizer”......................................... 283
Tabla 7-24: datos relevantes del modelo “SLM 250” de “ReaLizer”......................................... 285
Tabla 7-25: datos relevantes del modelo “AM250” de “Renishaw”. ........................................ 287
Tabla 7-26: datos relevantes del modelo “Arcam Q10” de “Arcam AB”. ................................. 289
Tabla 7-27: datos relevantes del modelo “Arcam Q20” de “Arcam AB”. ................................. 291
Tabla 7-28: datos relevantes del modelo “Arcam A2X” de “Arcam AB”. ................................. 292
Tabla 7-29: datos relevantes del modelo “LENS 450” de “Optomec”. ..................................... 294
Tabla 7-30: datos relevantes del modelo “LENS MR-7” de “Optomec”. .................................. 296
Tabla 7-31: datos relevantes del modelo “LENS 850-R” de “Optomec”................................... 298
Tabla 7-32: datos relevantes del modelo “VC LF200” de “BeAM”. .......................................... 300
Tabla 7-33: datos relevantes del modelo “VI LF4000” de “BeAM”. ......................................... 301
Tabla 7-34: datos relevantes del modelo “VH LF4000” de “BeAM”. ........................................ 301
Tabla 7-35: datos relevantes del modelo “VX-110” de “Sciaky Inc.”. ....................................... 303
Tabla 7-36: datos relevantes de los modelos “Fortus 360mc” y “Fortus 400mc” de “Stratasys”.
................................................................................................................................................... 308
Tabla 7-37: datos relevantes de los modelos “Fortus 380mc” y “Fortus 450mc” de “Stratasys”.
................................................................................................................................................... 310
Tabla 7-38: datos relevantes del modelo “Fortus 900mc” de “Stratasys”. .............................. 311
xxii
xxiii
1.
Introducción.
1.1. Objetivos.
El objetivo principal de este Proyecto Fin de Carrera es hacer un análisis exhaustivo sobre las
denominadas máquinas de fabricación aditiva, comúnmente también conocidas como
máquinas de impresión tridimensionales o impresoras 3D, desde diversos puntos de vista,
aunque con especial énfasis en el enfoque tecnológico y económico para determinar su
viabilidad en cuanto a la fabricación de piezas o componentes para el sector aeronáutico y
espacial. Se indagará en el estado del arte y se realizarán análisis con vistas a las aplicaciones
industriales actuales y posibles en estos sectores; por ende, este Proyecto tiene el claro objetivo
final de determinar, mediante las investigaciones realizadas, si dicha tecnología sería de
aplicación viable en el sector aeronáutico y espacial actual y futuro, desde el punto de vista
económico y de la ingeniería de fabricación.
Aunque se presentarán las bases teóricas y técnicas suficientes para poder entender el
funcionamiento y procesos de estas máquinas, no será objeto de este Proyecto una descripción
detallada técnica de las mismas, ya que la principal inquietud que ha llevado a la realización de
este estudio es sobre la implementación y uso de éstas, no sobre su diseño ni funcionamiento.
Por lo tanto, sólo se tendrán en cuenta los aspectos que conduzcan a este objetivo.
Los objetivos secundarios de este Proyecto a su vez son divulgativos, es decir, los que pretenden
dar a conocer esta tecnología de una forma más amplia. Cierto que este Proyecto tendrá un
especial énfasis en su aplicación para el sector aeronáutico y espacial, pero no se puede ignorar
el impacto tremendo que esta tecnología está empezando a tener y tendrá en no sólo los demás
sectores industriales y en la fabricación, sino en la sociedad como tal, revolucionando y llegando
a cambiar el modelo productivo global hasta cierto punto. Por este motivo, se ha estimado
oportuno que estos aspectos tan importantes también han de ser reflejados aquí en este
Proyecto, aunque su tratamiento será secundario al del objetivo principal. Obviamente, la
intención es que la información presentada aquí sirva como punto de partida para aquellos
interesados en estos otros aspectos de las tecnologías de fabricación aditiva y que puedan servir
como líneas de investigación futuras.
Por ende, con todo lo expuesto, este Proyecto se puede enmarcar dentro de los proyectos de
investigación sobre las aplicaciones actuales y futuras de una tecnología que está despertando
curiosidad en multitud de sectores y que podría cambiar la forma de concebir ciertos procesos
y etapas del diseño y producción de piezas para prototipos, modelos o incluso para series de
fabricación comerciales, con especial énfasis en el sector aeronáutico y espacial.
Para lograr este fin, se ha estimado oportuno consultar diversas fuentes bibliográficas –la
mayoría de ellas muy recientes–, tanto libros como artículos tecnológicos y de prensa
1
especializada, así como hacer consultas con profesionales que actualmente trabajan con dichas
máquinas en sus respectivas empresas. Dicha labor se ha visto complementada con visitas del
autor a instalaciones que poseen algunas de estas máquinas y, por supuesto, con la inagotable
cantidad de información procedente de internet, principalmente de las páginas de fabricantes
del sector, organismos oficiales y sitios de divulgación profesionales del sector.
1.2. Estructura y nomenclatura. Convenios.
Este Proyecto estará dividido en cuatro capítulos, que agruparán temas de interés semejantes,
a excepción de los apartados que no pueden ser considerados como tales, como esta
introducción general, el apartado de conclusiones, los anexos y el de referencias bibliográficas
situados al final. Cada capítulo contará con una introducción propia donde se detallará de lo que
trata cada uno de forma resumida, acompañado de una breve descripción de la estructura del
capítulo en cuestión. Cada capítulo estará dividido a su vez en tantos subapartados como sean
necesarios para facilitar su consulta y comprensión.
En concreto, el primer capítulo (sección segunda según la numeración usada en este proyecto)
tratará sobre los fundamentos teóricos necesarios para poder llegar a conocer y comprender el
funcionamiento de las impresoras 3D, de una manera progresiva desde lo genérico (fabricación
aditiva) hasta las máquinas de interés para este Proyecto.
El segundo capítulo (sección tercera) indagará en el actual estado del arte de las impresoras 3D.
Sin embargo, en éste también se seguirá un proceso progresivo, donde se detallará la historia
del desarrollo de la tecnología someramente hasta llegar al estado en el que se encuentra hoy,
llegando al nivel de identificar tecnologías estudiadas en el primer capítulo con nombres de
empresas y modelos de máquinas que ofrecen actualmente, recogidas en los anexos.
En el tercer capítulo (sección cuarta), se podrá encontrar información más cercana al objetivo
del Proyecto. Teniendo en cuenta lo expuesto en los anteriores dos capítulos, se profundizará
en las industrias actuales que hacen uso de las impresoras 3D en el sector aeroespacial y se
analizarán las claves del éxito y fórmulas que han empleado para que la implementación de estas
tecnologías haya sido viable y práctico. Con la información obtenida y estudiada, se hará un
análisis económico y desde el punto de vista de la tecnología de la fabricación sobre su
implementación y su uso, y se propondrán criterios más específicos para el sector para ayudar
a determinar bajo qué circunstancias es viable la implementación de estas tecnologías.
El cuarto y último capítulo (sección quinta) será donde se intentará analizar de una forma más
global esta tecnología dentro de la industria y de la sociedad, ya que presenta posibilidades que
ninguna tecnología de fabricación anterior posee. Se expondrán casos de actualidad y avances
en la investigación relacionados con esta tecnología así como un análisis sobre su impacto. Así
mismo, a vistas de todo ello y con los conocimientos adquiridos, se propondrán sugerencias y
posibles líneas y tendencias futuras en el sector aeroespacial que podrían resultar de interés.
2
Este Proyecto se finalizará con unas conclusiones donde se analizará si se han conseguido
alcanzar los objetivos de éste y se propondrán líneas futuras de trabajo según los resultados
obtenidos.
En cuanto a nomenclatura, el término impresora(s) 3D será el más utilizado en este Proyecto
para hacer referencia a la tecnología bajo estudio, a no ser que se esté llevando a cabo una
definición exacta. Aunque existen otros términos para hacer referencia a esta tecnología, ésta
es la más usada y común actualmente, lo que sugiere su uso aquí. En cambio, el término
fabricación aditiva será el usado para hacer referencia de forma genérica a esta tecnología de
fabricación cuando se estén realizando definiciones de forma rigurosa. Sin embargo, esto se
aclarará con más exactitud en el apartado 2.2.2 y sus subapartados.
Así mismo, en cuanto a las diversas citas y referencias bibliográficas, para este Proyecto se ha
adoptado el formato estándar IEEE.
Las figuras presentes en este Proyecto serán nombradas según el número de la sección donde
se encuentra seguido de un número que mostrará el orden de aparición de dicha figura en la
sección correspondiente, separados por un guion. Todas ellas se encuentran referenciadas en el
índice de figuras para facilitar su consulta. Las tablas seguirán el mismo patrón.
3
4
2.
Fundamentos teóricos.
2.1. Introducción.
Antes de poder exponer el actual estado del arte y proceder a alcanzar los objetivos que se han
establecido para este Proyecto, se hace indispensable un breve estudio sobre qué es lo que son
exactamente las impresoras 3D y cómo se diferencian de las demás tecnologías de fabricación.
Poder explicar y diferenciar términos y conceptos como la fabricación aditiva, stereolithography
o rapid prototyping, entre otros, será el objetivo de esta sección para que la labor que
posteriormente se pretende llevar a cabo en este Proyecto sea lo menos ardua posible.
Por ende, en este capítulo, se detallarán y se establecerán los conceptos básicos para poder
describir la tecnología en sí, para más adelante poder hacer distinciones entre los diferentes
tipos de máquinas que serán objeto del estudio.
En cuanto a la estructura de este capítulo, se empezará por un análisis de lo que es el concepto
de la fabricación aditiva en sí además de presentar la problemática actual de la terminología
existente, intentando de esta manera amortiguar su impacto sobre este Proyecto. Tras esto, se
detallarán generalidades que todas las máquinas de fabricación aditiva comparten de forma
genérica, en particular los pasos que se suelen seguir para llevar a cabo la fabricación de una
pieza con esta tecnología, para posteriormente exponer una clasificación de las diferentes
tecnologías de fabricación aditiva existentes actualmente. Una vez expuesta dicha clasificación,
se indagará con más detalle en cada tecnología de forma general para después centrarse más
en las que más interés tienen para este proyecto.
2.2. Fabricación aditiva.
2.2.1. Definiciones y conceptos básicos.
El término fabricación aditiva (“Additive Manufacturing” o “AM”) es un término reciente que ha
adoptado oficialmente el organismo de normalización ASTM International [1] para hacer
referencia a todas las tecnologías de fabricación que comparten el mismo principio básico:
fabricación directa de un modelo físico generado a partir de un programa de diseño asistido por
ordenador en tres dimensiones (3D CAD) sin necesidad de tener en cuenta o llevar a cabo la
planificación para los procesos de fabricación (process planning). [2]
5
En otras palabras, toda tecnología de fabricación capaz de fabricar una pieza final a partir de un
modelo puramente geométrico diseñado y guardado en cualquier programa CAD sin necesidad
de convertir ese modelo geométrico en uno que tenga en cuenta parámetros propios de la
fabricación (propios de la CAM), se puede considerar como una máquina de fabricación aditiva.
Esto no quiere decir que para ciertas piezas de cierta complejidad no se tengan en cuenta
elementos auxiliares de refuerzo o soporte en el modelo geométrico CAD necesarios para
mantener la integridad de la pieza durante su fabricación, simplemente que no es necesario
generar un archivo o proceso propio de la fabricación tradicional asistida por ordenador, como
los usados en máquinas de control numérico. Es decir, debe bastar con un modelo
exclusivamente geométrico diseñado y guardado en un programa CAD.
Esto le permite al diseñador desarrollar una pieza con una geometría que corresponderá con su
función final desde el principio, no diseñar una geometría pensando en cómo se fabricará dicha
pieza, como ocurre con las tecnologías de fabricación convencionales.
Pero, ¿por qué el nombre de fabricación aditiva?
Según [3], este nombre es debido al rasgo distintivo que poseen todas las máquinas
pertenecientes a esta tecnología de fabricación actualmente. Todas ellas se basan en fabricar
una pieza depositando o agregando el material en capas, donde cada capa es una sección
procedente de la discretización por secciones planas de la pieza presente en el modelo CAD que
la máquina realiza previa a la fabricación, por lo que la pieza final se va conformando de forma
aditiva, en contraposición con otros procesos de fabricación como el mecanizado o el fresado,
que se basan en el principio de la sustracción de material para obtener la pieza final.
Sin embargo, como puede encontrarse en el apartado correspondiente de [4], esto no es
completamente cierto, pues existen máquinas de fabricación aditiva que en una parte del
proceso de fabricación de una pieza se procede a sustraer material. A pesar de ello, esto sólo es
una matización que no describe el proceso en su conjunto de forma global, ya que antes de
sustraer este material, éste se ha depositado por la máquina. Por ende, queda justificado el uso
del término fabricación aditiva.
Obviamente, cada capa deberá tener un espesor determinado, y cuanto menor sea dicho
espesor, más se aproximará la pieza fabricada a la original del modelo CAD. Por lo tanto, toda
pieza fabricada por este método o por una de estas máquinas de fabricación aditiva, siempre
será una aproximación a la pieza diseñada en un modelo CAD, donde su parecido con la original
vendrá determinado, principalmente, por el espesor de las distintas capas empleadas por la
máquina. Esto se puede apreciar en la Figura 2-1.
Actualmente, ya que todas las máquinas de fabricación aditiva emplean el mismo método de
fabricación, unas se diferencian de otras por los siguientes tres rasgos principales:



Qué material o materiales son empleados en la fabricación de la pieza por la máquina
Cómo se crean las capas
Cómo se unen unas capas con otras
6
Estas tres diferencias serán las que determinarán, en última instancia, tales parámetros como
las propiedades mecánicas del material de la pieza final, su acabado o su grado de exactitud con
respecto a la original del modelo CAD, así como la determinación de otros factores más
específicos de la máquina en sí, tales como el tiempo que se empleará en fabricar la pieza, el
tamaño de la máquina o el coste total del proceso y de ésta.
Figura 2-1: comparación de una pieza fabricada con distintos espesores de capa mediante fabricación aditiva.
Muestra el espesor de las capas y el tiempo empleado por una máquina en particular en fabricarlas.
Como es de esperar, a mayor exactitud (menor espesor de las capas, también referido como a
mayor resolución en el eje Z), más tiempo tardará la máquina en fabricar la pieza y mayores
serán los costes de producción, aunque esto se discutirá en más profundidad más adelante.
2.2.2. Nomenclatura complementaria alternativa.
Dado que el término fabricación aditiva es tan reciente y no se ha adoptado de forma oficial
hasta hace poco tiempo, y aun así, no es de uso obligado, cabe esperar que aún se utilicen y se
sigan utilizando muchos otros términos complementarios o alternativos para hacer referencia a
esta tecnología o a un subconjunto de ésta. Muchos de estos nombres están asociados bien a
empresas o sectores particulares que asociaron su nomenclatura con algún producto que
desarrollaron, bien a colectivos que han intentado nombrar esta tecnología teniendo en cuenta
puntos de vista diferentes para su clasificación.
Con todo esto, es válido presentarlos aquí antes de seguir avanzando ya que ayudará a obtener
una mayor comprensión de esta tecnología al estudiarla desde otros puntos de vista, así como
la inestimable ayuda que presentará al consultar fuentes al poseer el conocimiento sobre la
mayoría de las posibles nomenclaturas en uso actualmente para la tecnología bajo estudio.
7
Para llevar a cabo esta labor, se ha juzgado oportuno seguir una estructura similar a la presente
en [4] con algunas adiciones, por lo que se puede consultar dicha fuente, en su mayor parte,
para obtener una información más detallada.
Sin embargo, a pesar de lo que se exponga a continuación, a lo largo de este Proyecto para
referirse a la tecnología objeto de éste, se hará uso indistinto de los términos fabricación aditiva
e impresión 3D para referirse a la misma tecnología. Sin embargo, durante el estudio teórico
más riguroso presente en este capítulo, el término fabricación aditiva será el más empleado
para hacer referencia al conjunto genérico de todas las tecnologías ya que el término impresión
3D se puede confundir con un proceso o tecnología en particular, que será resuelto en apartados
venideros.
2.2.2.1. “Rapid Prototyping”.
Este término (“prototipado” rápido) surgió para hacer referencia a la tecnología de fabricación
aditiva cuando en un principio se desarrolló para mejorar o reemplazar las tecnologías existentes
para llevar a cabo la tarea de la creación de prototipos durante el proceso de diseño. Antes del
desarrollo de ésta, esta etapa del diseño (fabricar prototipos) a veces era prohibitivamente
compleja y costosa con las tecnologías existentes (de fabricación) para muchas empresas, por lo
que a menudo no se realizaba en detrimento de las fases creativas del desarrollo de un nuevo
producto. Sin embargo, con la llegada de las tecnologías de fabricación aditiva, el proceso de
fabricar prototipos durante las tempranas fases del diseño de un producto nuevo se facilitó y
aceleró, por lo que a estas nuevas tecnologías se hicieron llamar de “prototipado” rápido.
Sin embargo, pronto se percataron los proponentes de este nombre conforme empezó a
avanzar esta tecnología de fabricación que, por sus características, podía ser capaz de no sólo
limitarse a la fabricación de prototipos, sino de incluso fabricar el producto en otras etapas del
desarrollo posteriores (por ejemplo, para realizar ensayos) e incluso llegar a fabricar la pieza
final.
Por lo tanto, este término es más empleado en la actualidad para referirse al conjunto de
tecnologías de fabricación aditiva que se suelen emplear principalmente para la fase de la
fabricación de prototipos durante el diseño de un producto, aunque dichas máquinas se puedan
emplear en otras fases del desarrollo y fabricación si así se desease. Por lo tanto, dicho nombre
corresponde con una función en particular que puede desarrollar una máquina de fabricación
aditiva. Sin embargo, tal como se puede comprobar en [5], algunos colectivos siguen usando
este término para hacer referencia a un subconjunto de máquinas dentro de la fabricación
aditiva que se emplean, principalmente, para esta labor de fabricación de prototipos. También
es comprensible que este término sea bastante prolífico y aceptado en el sector de la fabricación
de prototipos ya que históricamente fue el primero usado para la tecnología de fabricación
aditiva, durante la década de 1980, como se constata en [6].
8
2.2.2.2. Fabricación automatizada (“Autofab”).
Quizá uno de los nombres menos empleados en la actualidad, se usó para hacer referencia no
solo a la fabricación aditiva, sino a un conjunto de tecnologías de fabricación cuyo nexo común
era, como su propio nombre indica, la automatización en el proceso de fabricación. Sin embargo,
este término no hace alusión alguna a cómo se fabrica la pieza, sólo se limita a exigir que sean
ordenadores y microcontroladores los que controlen los actuadores de la máquina y realicen la
tarea de supervisión de las variables del sistema, por lo que también es de aplicación a otras
tecnologías de fabricación tales como los centros de mecanizado de control numérico, por
ejemplo.
Sin embargo, tal como estipula el apartado correspondiente de [4], este término para hacer
referencia a la fabricación aditiva fue hecho popular por el libro homónimo (Autofab) de
Marshall Burns durante los primeros años de la década de 1990, ya que a pesar de la vaguedad
del título, su libro trataba en su mayoría sobre las máquinas de fabricación aditiva. Para más
información sobre éste, se ruega consultar la referencia “[1]” de [7].
2.2.2.3. Fabricación de formato o forma libre (“Freeform Fabrication”).
También conocido como fabricación de formato o forma libre de sólidos (“Solid Freeform
Fabrication” o por sus siglas “SFF”), este nombre intenta describir una de las grandes ventajas
de la fabricación aditiva, y es que la complejidad geométrica de la pieza no es un factor
determinante a la hora de su fabricación, ni una limitación. Es decir, es una fabricación de “forma
libre” ya que la complejidad geométrica de la pieza no supone una limitación que se deba tener
en cuenta en la fabricación, pudiéndose fabricar sólidos de prácticamente cualquier geometría
o forma.
De hecho, como se constata en la sección correspondiente de [4] y en [8], fabricar formas
geométricamente sencillas en una misma máquina conllevaría prácticamente el mismo esfuerzo
y tiempo que la fabricación de una forma geométrica extremadamente compleja encerrada en
el mismo volumen que la sencilla. Esto es completamente contrario a los métodos tradicionales
de fabricación, en los cuales según aumenta la complejidad geométrica de la pieza, el esfuerzo
de diseño para la fabricación aumenta en la misma medida, llegando a ser inviable su fabricación
si esta complejidad alcanza un grado demasiado alto para la tecnología en cuestión.
Como ejemplo de formas complejas fabricadas con máquinas de fabricación aditiva, véase la
Figura 2-2, donde se podrá apreciar la validez de la denominación fabricación de forma libre.
Por ende, el uso de este término para hacer referencia a las tecnologías de fabricación aditiva
en su conjunto está muy extendido actualmente, debido a que describe una de sus principales
ventajas de forma explícita y no es raro encontrarse con este término usado en lugar de
fabricación aditiva en innumerables textos, empresas e instituciones educativas y de
investigación.
9
Figura 2-2: ejemplos de la complejidad geométrica de las piezas que se puede conseguir usando máquinas de
fabricación aditiva. Ilustración del concepto de “fabricación de formato o forma libre de sólidos” (SFF).
2.2.2.4. Estereolitografía o impresión 3D (“Stereolithography”).
Quizá el nombre más extendido actualmente para hacer referencia al conjunto de todas las
tecnologías de fabricación aditiva sea el de la impresión 3D (“3D Printing”), especialmente
cuando se tiene en cuenta la sociedad en general en vez de los que tienen un contacto
profesional o industrial con la tecnología de fabricación aditiva. Esto es debido a que la mayoría
de las personas posee el concepto de lo que es la impresión convencional por su contacto
cotidiano con esta tecnología, y extrapolar una impresión en dos dimensiones a una en tres es
lo que más asimilable se hace, y es lo que la gran mayoría imagina cuando se hace referencia a
lo que se ha denominado como tecnologías de fabricación aditiva aquí. Es decir, el término
impresión 3D se puede considerar como una denominación informal del término fabricación
aditiva en el léxico común.
Sin embargo, rigurosamente, esta denominación no hace referencia al conjunto de todas las
tecnologías de AM, sino a un subconjunto específico – de hecho son nombres comerciales de
tecnologías patentadas. Inicialmente, según [4] (y las referencias “[3, 4, 5]” encontradas en el
apartado 1.4.4 de dicha obra), el término estereolitografía (“Stereolithography”) fue el nombre
comercial que la compañía estadounidense “3D Systems” le dio al conjunto de máquinas de
fabricación aditiva que desarrollaron para describirlas. A su vez, el término impresión 3D (“3D
Printing” o “3DP”) fue empleado por los investigadores del MIT para dar nombre al nuevo
proceso y máquinas de fabricación aditiva que comercializaron basadas en una técnica similar a
las de las impresoras de inyección de tinta tradicionales, ya que también fueron los que
desarrollaron la tecnología de impresión 2D basados en la inyección de tinta presente en la
mayoría de las impresoras comerciales disponibles actualmente. Ambos términos, tanto el que
empleó “3D Systems” como el MIT se justifican ya que muestran el punto de vista de extrapolar
la idea en dos dimensiones de la litografía y de la impresión convencional a tres.
10
A pesar de ello, la extensión e importancia del término coloquial o informal impresión 3D o
impresora 3D (cuando se hace referencia a la tecnología o la máquina, respectivamente) no
puede ser ignorado, razón por la cual incluso se ha incluido en el título de este Proyecto aunque
la tecnología concreta desarrollada por el MIT sea la de menos interés para el objeto de éste.
Debido al uso y aceptación tan extendido que dicho término posee actualmente, y a que es
previsible que esta tendencia siga en el futuro hasta que lo que hoy se denomina fabricación
aditiva un día sólo se conozca como impresión 3D, se empleará en la mayoría de los apartados
de este proyecto como sinónimo de fabricación aditiva. Sin embargo, a efectos rigurosos, se
debe recordar que el término impresión 3D es más válido para hacer referencia a un subconjunto
de tecnologías y máquinas particulares que se pueden aglutinar bajo el término más amplio de
fabricación aditiva. Sin embargo, su uso actual es tan escaso para hacer referencia a una
tecnología en particular que fuera del capítulo teórico de definiciones no cabe usar dicho
término como tal, sino usar su acepción más común.
2.2.2.5. Fabricación digital directa (“Direct Digital Manufacturing”).
El nombre fabricación digital directa (“Direct Digital Manufacturing” o “DDM”) es, actualmente,
un término casi sinónimo con el de fabricación aditiva. Se aplica en las mismas situaciones que
éste o de forma complementaria, como se puede observar en [9], [10] y especialmente en [11].
Su popularidad radica esencialmente en que, tal como ocurre con el caso de la denominación
“SFF”, su nombre apela a otro de los puntos fuertes que presenta esta tecnología, y es que la
fabricación final de una pieza se hace directamente desde un formato digital, tal como se explicó
en el apartado 2.2.1. Por esta razón, muchas empresas prefieren usar esta denominación para
referirse a los servicios que ofrecen de fabricación aditiva para así resaltar dicha cualidad.
Sin embargo, algunos autores, como se constata en [12], prefieren reservar el nombre de
fabricación digital directa para referirse a aquellas máquinas de fabricación aditiva cuyo
principal cometido es la fabricación de piezas finales, por lo que emplean este término para
describir un subconjunto de tecnologías que se dedican a un mismo cometido, como ocurre en
el caso del “Rapid Prototyping”. De hecho, también proponen el término de fabricación rápida
(“Rapid Manufacturing”) como sinónimo de fabricación digital directa en este contexto, bajo la
misma definición.
2.2.2.6. Otra terminología y aclaraciones.
Además de los términos que ya han sido empleados en los subapartados de la sección 2.2.2,
existen otros términos que no se han cubierto ya que o bien su uso no está muy extendido, o
bien son casi sinónimos de términos que ya se han descrito aquí y su uso en lugar de ellos es
también escaso. Sin embargo, los siguientes cuatro términos adicionales que se presentan aquí
se pueden considerar como lo suficientemente extendidos aún para al menos nombrarlos,
aunque en menor medida que los que ya se han indicado anteriormente. Por lo tanto, sólo se
presentan aquí a título informativo adicional.
11

“On-Demand Manufacturing” (fabricación bajo demanda). Sinónimo de fabricación
aditiva que hace alusión al alto grado de personalización y bajos volúmenes de
fabricación que se alcanzan con esta tecnología. [11]

“Additive Processes” (procesos aditivos) y “Additive Techniques” (técnicas aditivas).
Sinónimos de fabricación aditiva que a veces se emplean en lugar de ésta para describir
la tecnología en sí. [13]

“Additive Layer Manufacturing” (“ALM”) (fabricación aditiva por capas). De nuevo, otro
sinónimo de fabricación aditiva que resalta el hecho de que el material se agrega en
capas a la hora de la fabricación. Se suele emplear cuando se desea recalcar dicho rasgo.
[13]
A modo de aclaración final, tal como se ha podido comprobar en los últimos apartados, existe
multitud de terminología para intentar dar nombre al conjunto, o a un subconjunto, de la
tecnología de fabricación aditiva. El panorama mostrado pretende dar una visión sobre lo
variado y a veces confuso que es actualmente tratar con los diversos nombres presentes en la
industria y fuentes académicas, de investigación y divulgativa, ya que cada autor o empresa elige
una terminología diferente según le convenga a sus necesidades. Es posible que en los años
venideros cierta terminología específica se asiente con mayor firmeza y solidez en el léxico
específico del sector y la actual confusión en el empleo de la variedad de términos desaparezca
conforme la tecnología vaya madurando. Sin embargo, hasta entonces, los que decidan
involucrarse en este sector de cualquier forma, deben lidiar con el actual problema de
terminología, como es de esperar con cualquier tecnología reciente que aún está en proceso de
maduración.
Es por esta razón, para amortiguar en la medida de lo posible dicha confusión, que se ha
estimado oportuno dedicar un apartado específico en este Proyecto al problema en cuestión.
Además de elegir una terminología específica para esta obra, se ha intentado presentar todas
las más comunes en uso actualmente, además de intentar describir el porqué detrás de dichos
nombres. Sin embargo, es de esperar que dicha lista esté incompleta debido al estado actual de
la tecnología, que aún se encuentra madurando en cuanto a aplicaciones industriales y
desarrollo, por lo que pueden existir otros términos que no se han incluido aquí pero que se
puedan entender con la información aquí presente.
A pesar de todo, esfuerzos por órganos de estándares como la ASTM e ISO siguen actuando
actualmente para que exista una normalización en cuanto a terminología dentro de este sector
y ocurra lo antes posible, al menos para el sector profesional.
12
2.2.3. El proceso genérico: de CAD a pieza final.
Actualmente, dado que la fabricación aditiva es una tecnología bastante reciente que está
empezando a tener su auge durante esta década, aún no hay grandes acuerdos entre los
profesionales del sector sobre terminología (como se ha podido comprobar en la sección
anterior) o ni siquiera sobre la clasificación de las máquinas de fabricación aditiva ya que
prácticamente mes a mes surgen nuevas máquinas que ponen en entredicho clasificaciones o
terminología establecida. Sin embargo, algunos autores, como muestra [14], han intentado
presentar lo que han denominado como el proceso genérico de la fabricación aditiva para
intentar generalizar tanto como sea posible dentro de las tecnologías de la fabricación aditiva.
Por ende, se ha estimado oportuno presentar dicho proceso –adaptándolo a desarrollos
recientes– ya que se ha juzgado que permite ilustrar de una forma bastante resumida el
funcionamiento que comparten la mayoría las máquinas actuales de fabricación aditiva, algo
necesario antes de entrar en la clasificación.
Por lo tanto, se puede afirmar que de forma genérica, todas las máquinas de fabricación aditiva,
en su mayoría, comparten ocho pasos en un proceso que describe cómo se lleva a cabo la
fabricación completa de una pieza, desde su diseño en un programa CAD hasta su puesta en
servicio. Dichos pasos se detallan en los siguientes apartados y se muestran en la Figura 2-3.
Figura 2-3: Ilustración de los ocho pasos genéricos en el proceso que lleva desde el diseño de la pieza en un entorno
CAD hasta su puesta en servicio. [15]
13
2.2.3.1. Diseño en CAD.
Tras el diseño de una pieza, el primer paso para llevar a cabo la fabricación aditiva ha de ser
necesariamente la que lleva a su introducción en un programa de diseño asistido por ordenador
en tres dimensiones (3D CAD1). En principio, cualquier programa actual es suficiente para llevar
a cabo este cometido, entre los que CATIA de Dassault Systèmes, SolidWorks de SolidWorks Corp.
o AutoCAD de Autodesk en sus versiones más recientes son los más conocidos en el entorno
educativo e industrial europeo, pero cualquier programa de similares características es igual de
válido.
Como se ha comentado con anterioridad, sólo es necesario el modelado geométrico de la pieza
en el entorno CAD, sin llevar a cabo pasos adicionales propios de la fabricación asistida por
ordenador (CAM). Este modelado se puede llevar a cabo mediante la construcción directa a
través de una interfaz de usuario o mediante técnicas de ingeniería inversa, tal como usando un
escáner tridimensional.
Sin embargo, se ha de prestar un especial cuidado con algunos aspectos como se detallan en el
apartado 3.2.1 de [14] a la hora del modelado, entre los que cabe destacar, especialmente, los
que pueden causar que la máquina de fabricación aditiva produzca resultados inesperados o
poco fiables. Entre ellos, el más destacable es el causado por sólidos no-cerrados que han sido
generados mediante superficies. Si dichas superficies poseen discontinuidades o irregularidades
en sus puntos de conexión tales que el volumen que encierran no queda completamente
cerrado, la máquina de fabricación aditiva puede dar resultados imprevistos, que conllevarían a
la fabricación de una pieza defectuosa.
Por fortuna, la mayoría de los programas de diseño CAD modernos poseen medidas de
comprobación para informar al usuario de dichas inconsistencias en el modelado geométrico
que ayudan a que errores de este tipo no ocurran con demasiada frecuencia. Sin embargo, si se
están usando programas de diseño CAD anticuados o poco desarrollados, este tipo de errores
pueden llevar a una fabricación errónea, por lo que se ha de tener en cuenta.
Es importante hacer notar que, adicionalmente, es durante este paso donde se diseñarán en
CAD junto con la pieza los elementos auxiliares de apoyo si se estimase su uso oportuno. Su
forma, material y uso dependerán en gran medida de la experiencia y buen juicio del diseñador
además de la máquina con la que se vaya a fabricar la pieza y de sus características; no existe
ningún proceso general a seguir para determinar su geometría, cantidad o si se deben emplear
o no. Se tratará el empleo de estos elementos más adelante con más detalle.
1
A partir de este momento, 3D CAD se denominará simplemente como CAD, aunque sigue haciendo
alusión al concepto original de diseño asistido por ordenador en tres dimensiones.
14
2.2.3.2. Conversión a formato de archivo propio de la máquina AM. STL
vs. AMF.
El siguiente paso una vez que se ha completado el modelado geométrico de la pieza en el
entorno CAD es el que lleva a cabo la conversión de dicho archivo propio del programa a uno
que puede ser leído por la máquina de fabricación aditiva. La conversión del archivo CAD a otro
formato se hace necesario ya que el formato original propio del programa contiene más
información que la relevante para una máquina de fabricación aditiva; así mismo, el archivo
original no contiene toda la información geométrica necesaria para que la máquina pueda
fabricar con precisión la pieza que se desea.
Actualmente, la mayoría de los programas de CAD pueden llevar a cabo esta conversión, aunque
es un paso que muchas veces no resulta trivial a pesar de que en última instancia dependerá del
programa en cuestión y de lo actualizado que esté. Indistintamente, se han de proporcionar
parámetros adicionales para poder realizar la conversión correctamente e incluso algunos
programas CAD necesitan instalar módulos o extensiones adicionales para poder llevarla a cabo.
Por lo tanto, este paso no es tan fácil como pedirle al programa CAD que guarde el archivo de
interés en otro formato diferente, aunque se pretende llegar a esto en un futuro. El proceso,
pues, lleva una complejidad asociada, y a veces no entender lo que se lleva a cabo en esta
conversión o cómo funciona puede resultar en piezas fabricadas incorrectamente cuya
geometría no se asemeje, dentro de unas tolerancias, a la original.
Por todo ello, es conveniente detallar dentro de este apartado los fundamentos de esta
conversión. Se hará estableciendo cuáles son los dos formatos de archivo más empleados
actualmente a la vez que se realiza la comparación entre ambos, proporcionando información
adicional sobre el proceso que se lleva a cabo.

El formato de archivo STL.
Cuando empezaron a aparecer las primeras máquinas de fabricación aditiva durante la década
de 1980, no existía un formato de archivo estándar, pues cada fabricante desarrolló uno para su
propia máquina. Aunque siguió esta tendencia, durante la década de 1990 el formato de
archivo .STL2 desarrollado por “3D Systems” para su primera máquina comercial de fabricación
aditiva se hizo popular en el sector y posteriormente fue adoptado como un estándar de facto
por la mayoría de fabricantes.
Básicamente, este formato de archivo pretende describir el modelo CAD solamente mediante
su geometría. Los archivos CAD normales contienen datos irrelevantes para este formato tales
como datos internos del programa sobre la construcción del modelo, historial del modelado o
información sobre texturas, color, etc. Aunque la información sobre la geometría del archivo
CAD permite al programa representarla en su interfaz, dicha representación no es válida para
2
Origen de la designación STL: “STereoLithography”; también conocido como “Standard Tessellation
Language”.
15
una máquina de fabricación aditiva, ya que necesita otra forma de representar la geometría del
modelo más acorde a su funcionamiento.
Esto, en el formato STL, se consigue aproximando las superficies del modelo presente en el
archivo CAD mediante superficies compuestas por triángulos planos. Dichos triángulos estarán
definidos por un vector normal que apuntará siempre hacia el exterior del modelo y por las
coordenadas de tres vértices asociados a dicho vector, ordenados según la regla de la mano
derecha. Las coordenadas estarán referenciadas a un sistema cartesiano de coordenadas
tridimensional, donde el origen de este sistema deberá ser tal que ninguna de las coordenadas
del modelo sean negativas. Así mismo, no existirá información sobre el escalado del modelo ni
sobre unidades, éstas son arbitrarias.
El tamaño de los triángulos podrá ser ajustado por el usuario en el momento de la conversión,
con el objetivo de que no aparezcan superficies trianguladas evidentes sobre las superficies
exteriores de la pieza final al fabricarla. Para calcular el tamaño de los triángulos, el parámetro
que el usuario introducirá será la distancia mínima entre el plano que forma el triángulo y la
superficie que aproxima. Según [14], una buena regla a seguir para evitar el problema de la
aparición de triángulos visibles en la pieza final es elegir una distancia mínima menor que la
resolución de la máquina en cualquier eje.
La Figura 2-4 muestra el método de aproximación que se lleva a cabo al convertir el modelo CAD
al formato STL de una manera simplificada para ilustrar el concepto.
Algunos de los problemas típicos en la conversión de un archivo CAD a STL, tal como se indican
en el apartado 3.2.2 de [14], pueden aparecer cuando se trata de geometrías complejas o que
presentan ciertas discontinuidades. En estos casos, puede ocurrir que los vértices de algunos de
los triángulos que componen la superficie de aproximación no se alineen correctamente, lo que
puede provocar la aparición de huecos en la superficie en la pieza fabricada. Cuando este
problema se presenta, algunas máquinas de fabricación aditiva intentan rellenar estos huecos
Figura 2-4: Representación simplificada a título ilustrativo de la aproximación de un toroide tal como aparece en un
archivo CAD (trazo discontinuo) mediante una superficie formada por triángulos planos (trazos continuos) presentes
en un archivo STL. La “x” representa el punto de distancia mínima entre el plano formado por el triángulo de lados
“a”, “b” y “c” y el toroide.
16
por sí solas, lo que puede llevar a la inclusión de material adicional en la pieza final además de
que estos huecos sean rellenados mediante superficies que adopten una forma no deseada por
el fabricante, todo ello incurriendo, en última instancia, en la fabricación de una pieza errónea.
Sin embargo, problemas como éste pueden ser tratados y rectificados automáticamente o
mediante intervención del usuario antes de enviar el archivo STL a la máquina de fabricación
aditiva mediante programas conocidos como de reparación de archivos STL. Dichos programas
se suelen ejecutar paso previo a enviar el archivo STL a la máquina y permiten detectar errores
en estos archivos que no se detectarían de otra forma hasta que la pieza ya estuviera fabricada.
Para obtener más información sobre el formato STL, tal como la estructura interna del código
informático del archivo, por favor consulte [16], y [14] para una información más general.

El formato de archivo AMF. Comparación con el formato STL.
Debido a la mayor relevancia e importancia que las tecnologías de fabricación aditiva cobraron
durante la primera década del s. XXI, el órgano de estándares ASTM creó el comité F42 para
tratar con los nuevos retos que presentaba la fabricación aditiva en el 2009. Su objetivo ha sido
establecer estándares en todo el sector de la fabricación aditiva, y establecer un formato de
archivo que pueda ser usado por todas las máquinas de fabricación aditiva independientemente
de su fabricante.
De hecho, no fue hasta el año 2011 cuando por fin se publicó la primera norma donde se define
el formato AMF (“Additive Manufacturing File Format”) y su nombramiento como nuevo
estándar en la industria. Un año más tarde, durante el 2012, sufrió su primera modificación
llevándola a la revisión 1.1, y el 2013 vio su adopción conjunta por la ISO, que pasaría a ser
gestionada conjuntamente tanto por la ASTM como por este órgano. La actual encarnación es
la norma ISO / ASTM 52915 - 13, que puede ser consultada en [17]. Así mismo, por favor consulte
[18] y [19] para más información sobre la norma y la historia de su desarrollo.
En esencia, aparte de intentar ser un nuevo formato de archivo estándar en la industria de la
fabricación aditiva, el formato AMF ha pretendido mejorar las deficiencias que el formato STL
ha empezado a mostrar conforme ha ido avanzando la tecnología con el paso del tiempo. Ya
antes de establecer la norma, como se muestra en [20], el comité F42 de la ASTM llevó a cabo
una encuesta en el 2010 entre los profesionales del sector para establecer cuáles eran las
mayores preocupaciones y deficiencias que encontraban con el formato STL para poder trabajar
a partir de ellas. Descubrieron que un formato de archivo libre y la fidelidad y exactitud
geométrica respecto al modelo eran las dos principales preocupaciones, seguidas por la opción
de incluir unidades, poder especificar materiales múltiples dentro de un mismo modelo,
establecer tolerancias y reducir el tamaño de los archivos, entre otros.
De esta forma, teniendo todo esto en cuenta, se desarrolló dicho formato, por lo que se puede
afirmar que el formato AMF mejora sobre el formato STL en casi todos sus aspectos. De hecho,
como muestra [19] y [20], fue nombrado como STL 2.0 durante su desarrollo y aún se sigue
usando dicha designación informalmente.
17
En cuanto al formato en sí, la única característica que mantiene respecto al STL es la manera en
la que aproximan las superficies del modelo, opción que realiza el AMF por defecto. Sin embargo,
al aumentar la resolución de las máquinas de fabricación aditiva, llegando incluso a hablar de
resoluciones de décimas de micrómetros actualmente, el número de triángulos necesarios para
aproximar la geometría crecen de tal forma que los tamaños de los archivos y la complejidad
computacional entran en un orden no aceptable, sobre todo si la pieza posee una geometría
compleja. Debido a esto, para estas geometrías, el formato AMF permite al usuario especificar
si en vez de usar la aproximación por defecto propia del STL, se lleve a cabo una nueva clase de
aproximación que el nuevo formato sí permite.
En estos casos, lo que se permite es que o bien los triángulos planos originales pasen a tener
alguno o todos sus lados curvos (definidos por un vector tangente en cada vértice) o que pasen
a ser una superficie triangular curva en vez de plana (definida por los vectores normales a dichas
superficies en cada vértice), todo ello manteniendo los vértices originales, como se puede
apreciar en la Figura 2-5.
Figura 2-5: Muestra de los cambios opcionales que el método de aproximación para el formato AMF introduce
respecto al formato STL. Curvatura de los triángulos en tres dimensiones (superior derecha) o curvatura de los lados
(inferior derecha).
Hay que reiterar, sin embargo, que dichas modificaciones a la geometría de los triángulos es
opcional e incluso se puede aplicar sólo a algunas regiones de la aproximación de la pieza. De
esta forma, se consigue una mayor fidelidad respecto a la pieza original en regiones de mayor
complejidad mientras que se mantiene la aproximación de triángulos planos no curvos en
regiones donde usar la nueva metodología encarecería de manera innecesaria la computación
sin conseguir una mejor aproximación apreciable.
Dicho de otra forma, en zonas de geometría compleja, usar la aproximación de triángulos curvos
consigue una aproximación con menor error y a menor coste computacional que usar los
triángulos planos (pues harían falta muchos de éstos), mientras que en zonas donde la
complejidad es menor, usar triángulos planos es más eficiente pues el error que se comete con
ambos métodos es parecido pero el coste de usar los triángulos curvos es mayor ya que el
número de triángulos planos que se emplean es menor.
En cuanto a la curvatura de los triángulos, ya sean planos o tridimensionales, el proceso que se
sigue para generarlos por el convertidor a formato AMF es el siguiente. Como muestra la Figura
18
2-6, cada triángulo se subdivide recursivamente en 4n triángulos, donde n representa el número
de veces que se realizan las subdivisiones de cada triángulo generado en el paso n – 1 (n ≥ 1).
Figura 2-6: División recursiva de los triángulos de la aproximación AMF generando 4n triángulos adicionales para
obtener las superficies triangulares curvas. En este caso, n = 2 y el triángulo inicial es plano para simplificar la
representación del concepto. Nótese que esta división recursiva sólo se aplica si el triángulo inicial ha de ser curvo.
El número n de subdivisiones que se realicen dependerá de la precisión que quiera obtener el
usuario, y dependerá de lo compleja que sea la geometría (o región geométrica particular) de la
pieza que se pretende aproximar y por tanto del porcentaje de error que esté dispuesto a asumir
el usuario. Por supuesto, el costo computacional es un parámetro que se ha de considerar si n
es demasiado elevado, pero esto dependerá del tamaño inicial de los triángulos planos y de
otros factores como la potencia computacional y, en última instancia, del tiempo del que se
disponga.
Para ilustrar la comparación de este método de aproximación disponible si el usuario así lo cree
conveniente en el formato AMF frente al formato STL, se muestran las dos gráficas error frente
a número de triángulos tomando como superficie que se desea aproximar la de una esfera
unidad en la Figura 2-7.
En ambas gráficas, están representadas las curvas correspondientes a las aproximaciones
procedentes de la conversión que realiza un archivo STL, y las correspondientes a un archivo
AMF empleando triángulos curvados tridimensionales con un número de subdivisiones de n = 1,
2, 3, …, 6. Sin embargo, para obtener una mejor ilustración de lo que ocurre, por favor consulte
[20].
En la primera gráfica se puede apreciar claramente que para un número de triángulos
determinado, la aproximación por triángulos planos empleada en los archivos STL es la que
mayor error proporciona, es decir, es la que peor aproxima la geometría de la pieza. Como es de
esperar, la aproximación usando triángulos curvos de los archivos AMF es más precisa que la STL
y esta precisión aumenta conforme incrementa el número de subdivisiones para aumentar la
precisión de la curvatura de los triángulos.
En la segunda gráfica de la Figura 2-7 queda ilustrado que para un error fijado, el número de
triángulos generados es máximo para los archivos STL mientras que el mínimo corresponde a los
triángulos curvados con un mayor número de subdivisiones de los archivos AMF.
Obviamente, para ambos casos, la geometría original que se ha querido aproximar es una esfera,
que muestra una curvatura en su superficie importante. En estos casos, donde la geometría de
la pieza original presenta curvatura, las gráficas mostradas en la Figura 2-7 serían de aplicación,
aunque la forma de las curvas obtenidas variaría según la superficie original que se estuviera
19
intentando aproximar. Sin embargo, es de esperar que las mismas relaciones entre los diferentes
métodos de aproximación aún se mantuvieran.
Si la geometría de la pieza original que se estuviera intentando aproximar fuese de superficies
planas o con poca curvatura, cabe esperar, tal como se razonó anteriormente dentro de este
apartado, que las relaciones entre las curvas no estuvieran tan acentuadas, llegándose al caso
en que el error cometido empleando el método STL no difiera visiblemente del cometido usando
el método recursivo de los archivos AMF.
En esencia, el uso de triángulos curvados sólo es más eficiente que los triángulos planos
originales del STL en aquellas zonas de la pieza donde la geometría sea curva o compleja. Para
las demás regiones de la pieza, es más eficiente emplear la aproximación de los triángulos planos
sin curvatura cuanto más plana y simple sea la geometría.
Figura 2-7: Dos gráficas de “error” vs. “número de triángulos” en el caso de intentar aproximar la esfera unidad
mediante los métodos del formato STL frente a los del AMF con n = 1, 2, 3, …, 6 subdivisiones.
20
En cuanto a las demás particularidades que introduce el formato AMF aparte de la mejoría de la
aproximación geométrica, están las siguientes.






Uso de un formato abierto de archivo basado en XML. El formato de archivo ya no es
propiedad de una sola empresa
Definición y empleo de unidades en el archivo
En el archivo AMF se pueden definir diferentes materiales para una sola pieza. Esto es
de utilidad en nuevas máquinas de fabricación aditiva que son capaces de fabricar
empleando múltiples materiales
Permite definir proporciones y gradientes de diferentes materiales dentro de una misma
pieza en función de las coordenadas. De esta forma, se pueden crear materiales
compuestos donde se puede definir su subestructura
Posibilidad de crear constelaciones o patrones que compartan la misma geometría. Útil
cuando se desean fabricar varias piezas iguales o cuando la estructura interna de una
pieza presente patrones
Añade la particularidad de poder especificar colores para la pieza según materiales,
regiones o vértices o poder añadir gráficos sobre la pieza que se fabricará, referenciando
a un archivo de imagen
Aparte de estas características que ya actualmente posee el formato AMF, se planea, según [20],
implementar en un futuro las siguientes mejoras. Entre ellas, las más destacables son añadir
tolerancias, texturas de superficie o profundidad sobre la pieza, encriptación de los datos para
proteger derechos de autor, referencias externas y sub-ensamblados, datos sobre el control del
proceso, estructuras auxiliares de soporte no-volumétricas e implementar otros métodos de
aproximación geométrica no basados en los triángulos, tales como Voxel o FRep.
2.2.3.3. Transferencia y manipulación del archivo por la máquina.
Una vez generado el archivo STL o AMF (u otro formato propio de la máquina en cuestión), este
archivo se traslada a la máquina preparándola para llevar a cabo la fabricación. Este paso no
siempre es necesario y la manipulación permitida varía de máquina a máquina, pero la mayoría
de ellas permiten realizar varias acciones sobre el archivo que se ha generado como último paso
previo a la configuración de la máquina y a la fabricación propiamente dicha.
Dichas manipulaciones están encaminadas a comprobar la pieza generada en el archivo y a
realizar acciones que no se han podido efectuar en el paso de la conversión, pero todo esto
depende del formato del archivo empleado. Según [14], por ejemplo, para archivos STL algunas
máquinas permiten en este paso realizar manipulaciones como el escalado de la pieza en el
archivo, crear patrones, definir materiales o hacer que la máquina grabe texto en la pieza que
se fabricará con fines identificativos. Obviamente, para archivos AMF, todo esto y más se puede
configurar durante la conversión a este formato, por lo que no es necesario nada de esto en este
paso.
21
Sin embargo, por lo general casi todas las máquinas permiten la visualización de la pieza que se
ha generado en el archivo, por lo que se puede inspeccionar visualmente paso previo a la
fabricación para cerciorarse de que todo está correcto.
Otras acciones generales que se pueden llevar a cabo en este paso son las siguientes:


Reposicionar la pieza o cambiar su orientación para que sea fabricada en un lugar
específico dentro de la máquina.
Importar varios archivos para fabricar diversas piezas a la vez dentro de la máquina, si
el tamaño de éstas lo permite. Alternativamente, se pueden fabricar varias instancias
de la misma pieza.
Obviamente, dado que las funciones que se permiten realizar durante este paso son específicas
de la máquina en cuestión, se hace difícil generalizar. Algunas permitirán funciones más
avanzadas mientras que otras sólo proporcionarán las más básicas, pero por lo general suelen
proporcionar opciones que suplementan o que intentan tender puentes entre lo que los
formatos de archivo permiten y las necesidades de los usuarios necesitan, no siempre permitido
al convertir al formato de archivo de la máquina.
2.2.3.4. Configuración de la máquina.
El último paso antes de que la máquina de fabricación aditiva lleve a cabo la fabricación de la
pieza en sí consiste en su configuración. Como se explica en [14], cada máquina tendrá
parámetros propios que deberán ser ajustados antes de poder comenzar el proceso de
fabricación. Dichas opciones pueden variar de una máquina a otra, pero suelen ser los
parámetros que son específicos de cada máquina y que tienen que ver con sus características y
funciones internas.
Por lo tanto, la complejidad de la máquina en cuestión y la variedad de características que
presente determinará cuán compleja será su configuración. Máquinas que permiten fabricar
empleando más de un material o que tienen un gran rango de resoluciones disponibles tardarán
más en ser configuradas que máquinas con menos opciones. Por fortuna, la gran mayoría de
máquinas actuales permiten al usuario guardar configuraciones pasadas para así poder agilizar
este proceso o cambiar rápidamente entre diferentes configuraciones según sea la necesidad
de cada pieza.
Es decir, parámetros como el espesor de las capas (resolución en el eje Z) o selección de material
a emplear son elegidos y configurados durante este paso, junto con otros de la misma naturaleza.
Como nota adicional cabe añadir, como se indica en [14], que usualmente una máquina de
fabricación aditiva que no sea configurada correctamente llevará a cabo la fabricación de una
pieza a pesar de ello. Sin embargo, el resultado usualmente será inaceptable.
22
2.2.3.5. Fabricación de la pieza.
Aquí es donde la máquina lleva a cabo la materialización de la pieza que hasta ahora sólo ha
existido en un soporte informático.
Aunque todos los pasos previos han requerido de la intervención de uno o varios usuarios,
tomando activamente decisiones, interactuando con programas informáticos para, en última
instancia, indicarle a la máquina de fabricación aditiva cómo ha de fabricar la pieza que han
diseñado o que necesitan, este paso es completamente automatizado.
Todo lo realizado durante los pasos anteriores ha servido para que la máquina ahora lleve a cabo
las órdenes que culminarán en la fabricación de la pieza deseada. La única intervención que se
podría requerir durante este paso es si la máquina se quedara sin material u ocurrieran eventos
no previstos que provocarían algún fallo que impidiesen que la fabricación se completara, tales
como apagones, averías, etc.
Cada máquina de fabricación aditiva, dependiendo de la tecnología que posea, fabricará de una
forma u otra, atendiendo a las tres diferencias fundamentales que se mencionaron en el
apartado 2.2.1. Esto se detallará más adelante cuando se realice una clasificación de las
máquinas de fabricación aditiva.
Cuando la máquina complete el proceso de fabricación, ésta alertará al usuario de ello, bien
mediante señales auditivas y visuales o mediante avisos que presentará en la pantalla propia de
la máquina, o ambas. Así mismo, si se encontrara con algún fallo imprevisto que aún permitiera
que la máquina funcionase, también realizaría un aviso al usuario (por ejemplo, al quedarse sin
material para proseguir la fabricación).
2.2.3.6. Obtención y limpieza de la pieza.
Una vez que la máquina ha finalizado correctamente la fabricación de la pieza, será necesaria la
intervención del usuario para extraerla correctamente de ella. Los trabajos que se deban realizar
para llevar la extracción a cabo variarán de una máquina a otra debido a que diferentes
tecnologías de fabricación aditiva llevarán a cabo el proceso de la fabricación de una forma u
otra, determinando así lo que se ha de hacer para obtener la pieza. Así mismo, la pieza en sí
también determinará lo que se ha de realizar para extraerla, ya que algunas habrán exigido la
fabricación adicional de elementos auxiliares de soporte para mantener la integridad de la pieza
durante su fabricación mientras que con otras esto no habrá sido necesario.
En este paso la intervención del usuario se hace indispensable. Dependiendo del tipo de proceso
de fabricación que la máquina haya empleado, puede que sea necesario retirar material
sobrante, retirar elementos auxiliares de soporte o simplemente retirar la pieza de la bandeja
donde se ha fabricado en el interior de la máquina. Si se han empleado elementos auxiliares de
soporte, su manipulación puede ser complicada y trabajosa, aunque esto por supuesto también
dependerá del material del que estén fabricados y de la complejidad de la pieza original. De
23
nuevo, se requiere de la pericia y experiencia del usuario para no dañar la pieza al quitar los
soportes o separarlos de la pieza final.
Tras esto, una limpieza inicial de la pieza se llevará a cabo, que se puede considerar un paso
previo al post-procesado posterior. Usualmente consiste en eliminar restos del material
sobrantes del proceso de la fabricación de la superficie de la pieza fabricada mediante técnicas
como el uso de aire comprimido, lavado y posterior secado o simplemente el frote de la pieza
con un paño seco, aunque la técnica empleada variará dependiendo del material de la pieza y
del proceso de fabricación que se haya seguido, así como del post-procesado que se le desee
aplicar a la pieza.
2.2.3.7. Post-procesado.
Es posible que la pieza que se haya fabricado esté lista tras su extracción y limpieza, por lo que
este paso no es de aplicación para todas. Sin embargo, dependiendo de la aplicación a la que
vaya destinada o del material o materiales de los que haya sido fabricada será necesario un postprocesado acorde a las necesidades que se prevean. Un rasgo en común que comparten las
máquinas de fabricación aditiva actuales es que debido a la forma en la que la fabricación es
llevada a cabo (la pieza es construida depositando capas de material que posteriormente se
unen), las propiedades materiales y superficiales de la pieza obtenida tras la fabricación suelen
ser fuertemente anisótropas. Igualmente, puede que durante el proceso de unión de capas se
hayan producido imperfecciones como la inclusión de huecos, capas que no se han unido o
enlazado correctamente o cristalizaciones no óptimas. Todo ello contribuye a una degradación
de las propiedades mecánicas o materiales de la pieza, por lo que llevar a cabo un postprocesado para intentar subsanar algunos de éstos queda justificado.
De esta forma, es posible que se lleven a cabo durante este paso procesos como los siguientes:






Acabados superficiales mecánicos o físicos (desbaste abrasivo, limado, pulido, etc.)
Acabados superficiales químicos o electroquímicos (galvanizado, electropulido,
anodizado, etc.)
Recubrimientos electroquímicos (cromado, niquelado, etc.)
Otros recubrimientos (pintado, barnizado, etc.)
Tratamientos térmicos de metales (temple y revenido, recocido, carburización, etc.)
Operaciones de secado o cocido
Por supuesto, puede que se apliquen otros procesos de post-procesado que no se han
mencionado aquí si así lo requiere la pieza.
En esencia, cualquier operación que se haya de llevar a cabo para que la pieza que se ha
fabricado alcance unas características determinadas (acabado superficial, tolerancias,
propiedades del material, etc.) según la aplicación a la que vaya destinada en su puesta en
servicio se realizan durante este paso. Puede que sean operaciones sencillas o complejas, una o
una combinación de ellas, pero todas requieren de un trabajo manual y un cuidado para que no
se dañe la pieza que se ha fabricado, en especial si ésta posee una geometría compleja.
24
Éste es el último paso en el proceso genérico de la fabricación aditiva que se realiza antes de
que la pieza esté lista para su puesta en servicio según la aplicación a la que se destina.
Sin embargo, como nota adicional, cabe mencionar que el post-procesado necesario para las
piezas fabricadas mediante las tecnologías de fabricación aditiva por lo general requiere de un
menor esfuerzo que en piezas fabricadas por tecnologías de fabricación tradicionales, baza a
favor de esta tecnología ya que reduce costes y ahorra tiempo.
2.2.3.8. Puesta en servicio de la pieza.
Por último, una vez fabricada, extraída, limpiada y post-procesada, la pieza estará lista para su
puesta en servicio. Lo que se entiende por esto puede variar según la aplicación y no siempre se
refiere a que la pieza esté lista para su uso comercial o industrial, casos que llevarían parejos
pasos adicionales que quedan fuera del alcance de estos pasos genéricos descritos en [14], como
por ejemplo controles de calidad exhaustivos.
Puede que la pieza que se fabricó fuera para obtener un prototipo, por lo que una vez llegada a
este paso, se considera que la pieza ya ha sido puesta en servicio. Igualmente, puede que la
pieza hubiera sido fabricada para ser ensayada, por lo que su uso en ensayos sería su puesta en
servicio. De la misma forma con cualquier otra aplicación.
Sin embargo, es de especial relevancia resaltar que una característica que une a todas las
tecnologías de fabricación aditiva actuales es su bajo volumen de fabricación. Aunque esto se
detallará más adelante, se adelanta aquí que incluso para uso comercial o industrial, las series
de fabricación suelen ser de volúmenes bastante reducidos, donde órdenes de magnitud de las
decenas o centenares de piezas fabricadas sería el límite. Volúmenes más grandes que estos
actualmente no son factibles fabricar usando esta tecnología por razones de tiempo y
económicas; otras opciones actuales de fabricación convencionales serían más eficientes si lo
permite la pieza en estos casos.
Por ende, esta tecnología es de aplicación para piezas únicas, altamente personalizables según
las necesidades de cada cliente, o para usos donde el volumen de producción es reducido y el
tiempo ahorrado o la eliminación de la complejidad pareja a fabricar la pieza empleando
métodos de fabricación tradicionales lo justifican. Este último caso se corresponde al de ciertas
piezas para uso en el sector aeronáutico, pero no se limita a éste. Otro ejemplo notable es el del
sector biomédico (fabricación de prótesis e implantes altamente personalizados para cada
paciente). De nuevo se reitera que todo esto será tratado en más profundidad en apartados
posteriores debido a su importancia.
25
2.2.4. Clasificación de las tecnologías de fabricación aditiva.
Una vez descrito el proceso genérico que la mayoría de las máquinas de fabricación aditiva
actualmente siguen, se hace necesario comenzar a resaltar las diferencias que existen entre las
tecnologías actuales para poder indagar con más profundidad en cuáles serían de interés para
los objetivos de este Proyecto. Como ya se mencionó en el apartado 2.2.1, los rasgos distintivos
que diferencian una tecnología de fabricación aditiva de otra son, principalmente, tres:



Los materiales que se emplean en la fabricación
Cómo se crean las capas
Cómo se unen unas capas con otras
Recordando el nexo común y la propia definición de fabricación aditiva, es decir, que todas las
máquinas, independientemente de cualquier aspecto, llevan a cabo la fabricación depositando
capas (de una manera u otra, de un material u otro y uniendo dichas capas de una manera u
otra), intentar realizar una clasificación de todas las tecnologías actuales de fabricación aditiva
se convierte también en una tarea que no se libra de la controversia ni del desacuerdo existente
en el sector debido a la variedad y a la novedad de la tecnología. De hecho, ya que hay tres
aspectos que diferencian una tecnología de otra, es raro encontrar clasificaciones de las
máquinas que se hayan realizado teniendo en cuenta dichos tres parámetros a la vez.
No obstante, hay algunas clasificaciones que parecen haber prevalecido por encima de otras. A
lo largo de los años, varios autores e instituciones han propuesto varias clasificaciones
atendiendo, sobre todo, a cómo se crean las capas o a cómo se unen las capas (es decir,
atendiendo al proceso). Cada vez es más raro encontrar clasificaciones que intenten usar el
material empleado por la máquina ya que un mismo material puede ser empleado
indistintamente por máquinas que siguen procesos muy diferentes mientras que hay otras que
pueden emplear una plétora de materiales, por lo que éste ha demostrado ser un método poco
eficaz para intentar realizar una clasificación, sobre todo vistos los avances de estos últimos años
en el sector.
Por otra parte, aunque se ha establecido cuáles y porqué se utilizan los parámetros que se han
mencionado para realizar las clasificaciones, hay que hacer notar que es bastante común
encontrar clasificaciones que en vez de intentar englobar una misma tecnología empleando una
terminología común, se suelen realizar empleando modelos y máquinas específicas. Ya que en
este capítulo se ha optado por realizar una introducción teórica lo más generalista posible a la
tecnología, sin tener que entrar en modelos o fabricantes de máquinas específicos, se ha optado
por presentar dos clasificaciones diferentes – la primera, la más empleada, y la segunda, en
contraposición, una clasificación un tanto diferente y curiosa que merece ser mencionada ya
que emplea, en cierta medida, los tres parámetros que se han mencionado.
La primera clasificación (apartado 2.2.4.1) es quizá la más informativa y la que se usa en la
mayoría de los libros y documentos académicos para intentar clasificar y diferenciar las
diferentes máquinas de fabricación aditiva actuales, y es la que se basa en el proceso. Dicha
clasificación es mencionada por la ASTM en la norma [2] y aunque no pretende ser una
clasificación rigurosa, es lo suficientemente generalista y amplia para abarcar y diferenciar,
26
dentro de lo que cabe, todas las tecnologías de fabricación aditiva actuales de manera adecuada.
Obviamente, presenta algunos problemas cuando se intenta afinar, como se menciona en [21],
ya que algunas máquinas específicas son difíciles de clasificar debido a su naturaleza por lo que
las fronteras que se establecerán serán un tanto difusas y se deberán tomar con esta precaución
en mente.
La segunda clasificación fue propuesta por el autor Duc Truong Pham en su publicación
académica [22]. Aunque no es demasiado conocida fuera de ciertos círculos debido a que es
necesario un cierto conocimiento de la tecnología de fabricación aditiva para comprenderla, es
digna de mención ya que intenta emplear de alguna forma el proceso y material en la
clasificación.
Ambas clasificaciones se detallan a continuación.
2.2.4.1. Clasificación según la ASTM. Clasificación según el proceso.
Como ya se ha mencionado, esta clasificación es la más común y es empleada por numerosos
autores académicos del sector en la bibliografía disponible. También la ASTM la emplea para
hacer referencia a los diferentes procesos, aunque no existe una norma específica y rigurosa
sobre esta clasificación, sino definiciones de estos procesos dentro de la norma mencionada [2].
Sin embargo, da una buena visión global de la tecnología, separando y clasificando las diferentes
tecnologías de fabricación aditiva según el proceso que se emplea para la fabricación. De hecho,
esta clasificación será la base para dar nombre a diferentes bloques de tecnologías que será
empleada en este Proyecto, por lo que su importancia para los capítulos posteriores será
inmensurable. Así mismo, esta clasificación también será de utilidad a la hora de consultar
fuentes y la bibliografía existente sobre las tecnologías de fabricación aditiva.
A continuación, la Figura 2-8 muestra esquemáticamente la clasificación según el proceso de las
tecnologías de fabricación aditiva. Dicha clasificación se ha realizado teniendo en cuenta la
información presente en [2], [23] y [24], que se ha comparado y simplificado para englobar y
complementar los diferentes puntos de vista.
Tras esto, se dará una breve descripción informativa genérica sobre cada bloque tecnológico
dentro de este apartado, pero no se entrará en detalle hasta los apartados pertinentes más
adelante.
Es importante hacer notar que los esquemas de las máquinas que se presentarán son esquemas
básicos que pretenden simplificar y no dar una visión de cómo son las máquinas que emplean
estos procesos en la realidad. Aunque es posible que haya varias que empleen exactamente los
mismos métodos mostrados en los esquemas, cada fabricante suele variar sus diseños para que
dichas representaciones no puedan ser usadas más allá de con un fin informativo, tal y como
son empleadas aquí.
El capítulo segundo de estado del arte será el encargado de asociar máquinas reales con las
clasificadas según los procesos genéricos presentados a continuación.
27
Procesos de fotopolimerización
"Vat Photopolymerization"
Inyección de material
Procesos de impresión
"Printing Processes"
"Material Jetting"
Inyección de aglutinante
"Binder Jetting"
Procesos de extrusión de
material
CLASIFICACIÓN
de las tecnologías de
FABRICACIÓN ADITIVA
según el proceso.
"Material Extrusion Processes"
Procesos de fusión en lecho de
polvo
"Powder Bed Fusion Processes"
Procesos de laminación de
chapas
"Sheet Lamination Processes"
Procesos de depositado
mediante energía dirigida
"Directed Energy Deposition"
Figura 2-8: Esquema ilustrativo de la clasificación de las tecnologías de fabricación aditiva según el proceso seguido
por la máquina en la fabricación.
2.2.4.1.1. Procesos de fotopolimerización (“Vat Photopolymerization”).

Materiales empleados: resinas fotopolimerizables.

Descripción genérica del proceso: (véase la Figura 2-9 y [25], [26]).
Los procesos de fotopolimerización, conocidos como “Vat Photopolymerization” o
“Photopolymerization Processes” en inglés, engloban al conjunto de tecnologías de fabricación
aditiva que fabrican la pieza empleando una resina fotopolimerizable sin curar en estado líquido.
Dicha resina se encuentra dentro de un recipiente contenedor (“vat” en inglés), junto con una
plataforma que se puede mover en el eje vertical (eje Z). Dicha plataforma se encontrará
siempre en una posición en la que por encima de ella (en el momento inicial) o por encima de la
última capa de material polimerizado se encuentre una capa líquida del espesor indicado para
28
la fabricación de la pieza. Por lo tanto, el movimiento y emplazamiento de esta plataforma
proporciona la resolución en el eje Z de la máquina.
Una fuente de luz, normalmente proporcionada por un láser en el espectro visible o ultravioleta,
será dirigida por un espejo o varios hacia la resina en estado líquido, proporcionando con su
movimiento el control en el plano X-Y que se emplea para fabricar cada capa de la pieza, ya que
esta luz inicia el proceso de curado de la resina, polimerizándola y solidificándola. Por lo tanto,
el diámetro del haz de luz en la superficie de la resina proporciona de una forma aproximada la
resolución en los ejes X-Y de la máquina.
Por último, un elemento móvil de la máquina (“sweeper”) es el encargado de barrer la superficie
de la resina fotopolimerizable para mantener la capa de líquido siguiente uniforme y desprender
de la última capa polimerizada cualquier elemento que se haya polimerizado en exceso en el eje
Z. El post-procesado será el encargado de eliminar lo que se haya polimerizado en exceso en el
plano X-Y durante la creación de cada capa. Obviamente, la pieza finalizada sumergida deberá
ser extraída del recipiente.
Figura 2-9: Esquema del proceso de fotopolimerización.
2.2.4.1.2. Procesos de impresión (“Printing Processes”).

Materiales empleados en la inyección de material: ceras, fotopolímeros o metales.

Materiales empleados en la inyección de aglutinante: cualquier material en polvo
(usualmente metales y cerámicos, aunque también materiales como maderas).

Descripción genérica del proceso de inyección de material: (véase la Figura 2-10 izq. y
[25]).
29
Ambos procesos se denominan procesos de impresión ya que su funcionamiento es similar al de
las impresoras por inyección de tinta tradicionales.3
En los procesos de inyección de material (“Material Jetting”), existe un cabezal que contiene en
su interior el material que será empleado para fabricar la pieza. Integrado en dicho cabezal
existirán inyectores que podrán ser puntuales o alargados en una dimensión, formando una
ranura, desde donde será eyectado el material contenido en el cabezal.
La estructura de soporte del cabezal permitirá su movimiento en el plano X-Y mientras que el
control en el eje vertical (eje Z) será proporcionado por la plataforma constructora (“build tray”).
De nuevo, la forma, número y disposición de los inyectores del cabezal proporcionarán la
resolución en el plano X-Y mientras que los movimientos de la plataforma y el movimiento de
barrido del cabezal (combinación de velocidad de barrido y caudal de material inyectado)
proporcionarán la resolución en el eje Z.
Una ventaja de este sistema es que permite el cambio de cabezales, por lo que se pueden crear
piezas con capas de diferentes materiales, siempre y cuando puedan ser unidas. Así mismo, un
mismo cabezal puede contener varios materiales que serán inyectados a la vez, como por
ejemplo, el material auxiliar del que serán fabricadas las estructuras de soporte.
En concreto, la Figura 2-10 izq. muestra un sistema con un cabezal que inyecta un fotopolímero
líquido que va curando al realizar el barrido mediante una luz ultravioleta conforme avanza
según un eje, a la vez que el material de soporte.
Figura 2-10: Esquema de un proceso de impresión. A la izquierda, inyección de material. A la derecha, inyección de
aglutinante.

Descripción genérica del proceso de inyección de aglutinante: (véase la Figura 2-10
der. y [25], [27]).
3
Ambos procesos son los que rigurosamente se denominan estereolitografía e impresión 3D,
respectivamente, aunque bajo el primer nombre también existen procesos de fotopolimerización.
30
En contraposición a los procesos de inyección de material, los de inyección de aglutinante
(“Binder Jetting”) difieren radicalmente en que lo que el cabezal activamente inyecta al sistema
es un material aglutinante o adhesivo en forma líquida, que es suministrado mediante un
depósito al cabezal, en vez del material del que será fabricada la pieza. El material del que será
fabricada la pieza se encuentra en forma de polvo, presentando la ventaja de que no hay tantas
restricciones sobre el material empleado como lo hay en la caso de inyección de material.
Sin embargo, a diferencia de su proceso hermano, posee la clara desventaja de que sólo puede
ser empleado un tipo de polvo de material a la vez, por lo que fabricar piezas compuestas de
varios materiales se hace complicado empleando esta tecnología.
En cuanto al proceso, usualmente, estas máquinas se encuentran en una disposición de dos
bandejas o recipientes, aunque no es raro encontrar disposiciones con tres o más. En esencia,
una de ellas será donde la pieza será fabricada y sobre la que el cabezal de la máquina tendrá
dominio, pudiéndose mover en el plano X-Y de ésta para depositar el aglutinante. Los demás
recipientes serán los que contengan el material en forma de polvo con el que será fabricada la
pieza. Sin embargo, para simplificar la explicación, se asumirá una máquina con sólo dos
recipientes, uno para el material y otro donde se realizará la construcción, como el mostrado en
la Figura 2-10 der., aunque se podrá extrapolar al caso de más recipientes fácilmente conociendo
como funciona una máquina con dos.
En ambos recipientes existirá una plataforma desplazable en el eje vertical que tendrán
movimientos verticales opuestos, es decir, la bandeja que suministra material irá ascendiendo
conforme avanza la fabricación para seguir suministrando material, mientras que la bandeja
donde se está construyendo la pieza irá descendiendo conforme avanza el proceso para permitir
la introducción de más material para construir la siguiente capa. Existirá, además, un elemento
nivelador y homogeneizador que será el encargado de realizar el barrido sobre el recipiente del
material para arrastrarlo al recipiente donde se llevará a cabo la fabricación.
Es decir, en el instante inicial, la bandeja del recipiente del material se encontrará en su nivel
más bajo mientras que la bandeja del recipiente de construcción estará en su posición más alta,
usualmente el espacio entre la superficie de dicha bandeja y el borde del recipiente representará
el espesor de capa inicial o resolución en el eje Z y el espesor en cada momento será el de este
borde y la capa anterior o el del espesor de la capa de polvo que existe sobre la última capa
fabricada.
Una vez que se ha arrastrado material desde el recipiente del material a la bandeja, el cabezal
depositará el aglutinante sobre este polvo para definir la geometría de esa capa. Para trabajar
sobre la siguiente capa, la plataforma en el recipiente de construcción se desplazará hacia abajo
mientras que más material será barrido desde el otro recipiente, repitiendo el proceso.
Una ventaja de este proceso es que el material en forma de polvo no aglutinado que existe en
el recipiente de construcción actúa a su vez como material de soporte, por lo que fabricar
estructuras adicionales con este fin es innecesario.
Una vez finalizada la pieza, deberá ser retirada de la bandeja de construcción de entre el material
en polvo no aglutinado. Dicho material será devuelto a las bandejas de suministro de materia
31
prima para realizar otra construcción posterior, siempre limpiando y dejando libre de material
la bandeja de construcción.
Con este proceso, se suele proceder a realizar operaciones de post-procesado orientadas a
aumentar la integridad de la pieza, ya que su resistencia es escasa debido a su estructura interna,
aglutinada mediante adhesivos. Por ejemplo, en el caso de materiales cerámicos se realizan
cocidos en hornos mientras que para materiales metálicos se puede proceder a fomentar la
unión de dichos granos mediante la sinterización4 en un horno. Tampoco es raro que se empleen
materiales de sellado para aumentar la resistencia y el acabado superficial.
2.2.4.1.3. Procesos de extrusión de material (“Extrusion Processes”).

Materiales empleados: Ceras y termoplásticos (actualmente el ABS, polietileno,
polipropileno, poliamida y el policarbonato son los más empleados). Sin embargo,
procesos similares se están empleando para usar máquinas a gran escala empleando
hormigón, arcillas viscosas y otros materiales de la construcción.

Descripción genérica del proceso: (véase la Figura 2-11 y [25], [28]).
Los procesos de extrusión se diferencian de los demás procesos de fabricación aditiva en que su
principio fundamental es realizar la extrusión del material base para darle una cierta viscosidad
y fluidez al hacerlo pasar a través de un difusor e inyector para posteriormente depositarlo sobre
una plataforma base donde se irá construyendo la pieza capa por capa. Con materiales como
ceras o termoplásticos esto se consigue calentándolo mediante resistencias justo antes de pasar
por el difusor en el interior del cabezal, mientras que otros materiales, como el hormigón, ya se
encuentran en estado viscoso antes de pasar por dichos difusores, por lo que sólo se ha de cuidar
que permanezcan en este estado desde su almacenamiento hasta su suministro al cabezal.
Dejando a un lado el caso de materiales como el hormigón –que requieren de un proceso y
máquinas un tanto particulares–, a continuación se tendrá en cuenta el proceso seguido por una
máquina convencional que emplea ceras o termoplásticos, aunque el proceso es extrapolable
haciendo los cambios pertinentes para ajustar la máquina a la escala y material empleados en
las construcciones donde emplear hormigón está justificado. Para indagar sobre esta aplicación,
también llamada como “Contour Crafting”, por favor consulte [29], [30] y [31], aunque se
detallará más adelante en la sección pertinente.
Normalmente, el material base, tanto para la pieza como, a veces, para fabricar los elementos
auxiliares de soporte, se encuentran suministrados en bobinas donde se encuentran enrollados
hilos o filamentos de estos materiales flexibles. Dichos hilos se acoplan al cabezal donde se
4
Proceso por el cual se forma una masa sólida a partir de partículas de un mismo material mediante la
aplicación de calor y/o presión sin llegar a fundirlo. Estando las partículas en contacto, a altas
temperaturas ocurre un proceso de difusión atómica entre ellas, fusionando y formando un nuevo sólido
con continuidad física y química. Este fenómeno ocurre en metales, cerámicas y algunos polímeros, entre
otros materiales.
32
llevará a cabo la extrusión y la rotación de la bobina de cada material será la que suministre de
material al cabezal de forma continua durante el proceso de fabricación, como muestra la Figura
2-11.
Sin embargo, también es común que el plástico se suministre en forma granular, que se hace
llegar al cabezal mediante una tolva de alimentación para ser calentado en su interior y salir por
los inyectores homogeneizado y de manera continua o en gotas discretas, según el diseño de la
máquina.
Figura 2-11: Esquema del proceso de extrusión de material.
De nuevo, una plataforma móvil en el eje vertical proporcionará la resolución en el eje Z, y sobre
ella se irá depositando el material viscoso por el cabezal capa por capa; su movimiento más
común es descendente – es decir, una vez finalizada la construcción de una capa, desciende una
distancia equivalente a la resolución en el eje Z y así sucesivamente hasta la finalización de la
pieza. Sin embargo, el caudal de material inyectado por el cabezal y la velocidad de movimiento
de éste mientras lo hace también contribuye a determinar la resolución en el eje Z.
La viscosidad y propiedades de los materiales empleados en este proceso en este estado harán
posible que se aglutine y se solidifique con bastante rapidez con el material que ya se había
depositado, por lo que la unión entre las capas se produce de forma natural. Dicho cabezal podrá
moverse libremente en el plano X-Y, y podrá ir inyectando material de manera continua o
discreta según las necesidades de la capa que esté creando. La resolución en los ejes X-Y vendrá
determinada por el diámetro de la salida del inyector.
Considerando el material empleado, las piezas suelen resultar de una resistencia aceptable. La
fortaleza de la unión de las capas permite usar estos procesos para crear piezas con buenos
acabados superficiales y que requieran poco post-procesado comparado con otros procesos. Sin
embargo, debido a la forma en la que se fabrica, las estructuras auxiliares de soporte suelen ser
necesarias para la mayoría de las geometrías, por lo que añade una complejidad adicional no
sólo al proceso de diseño sino también al paso de extracción y limpieza ya que dichas estructuras
se han de desprender de la pieza sin producirle daños. Adicionalmente, es común emplear una
base de polipropileno expandido para realizar el depositado de la primera capa para impedir
33
que ésta se quede adherida en la superficie de la plataforma constructora y así evitar que se
dañe durante su extracción.
2.2.4.1.4. Procesos de fusión en lecho de polvo (“Powder Bed Fusion”).

Materiales empleados: materiales en forma de polvo, principalmente metales y
aleaciones, materiales compuestos, cerámicos, termoplásticos y elastómeros
termoplásticos.

Descripción genérica del proceso: (véase la Figura 2-12 y [25], [32]).
El proceso que se lleva a cabo es muy similar a los procesos de impresión mediante inyección
de aglutinante (apartado 2.2.4.1.2) en cuanto a que el material que se empleará para construir
la pieza se encuentra en forma de polvo en una disposición idéntica a los descritos para dichos
procesos, es decir, un recipiente para la construcción de la pieza y uno o más donde el material
en forma de polvo se almacena y suministra al recipiente de construcción mediante el empleo
de un elemento que barre la superficie de dichos recipientes para suministrar y homogeneizar
el material.
Sin embargo, la diferencia fundamental con el proceso de impresión mediante la inyección de
aglutinante se encuentra en la forma en la que la máquina une el material en forma de polvo de
forma selectiva, ya que en este proceso es realizado mediante el empleo de un láser para
calentar (proveer de energía térmica) localmente la zona donde el haz es dirigido para realizar
o bien la fusión o sinterización del material, enlazándolo y así creando sucesivamente las capas
y la geometría de la pieza.
Debido a la naturaleza del proceso, es más indicado para la fabricación de piezas metálicas
(sinterizándolas o fundiéndolas) o poliméricas (mediante la sinterización) aunque también es
posible emplear polvo de cerámicas que puedan ser sinterizadas. Las piezas producidas de esta
forma suelen requerir de algunos procesos específicos de post-procesado para eliminar algunos
de los desperfectos en su estructura interna (principalmente porosidades), que serán analizados
en más profundidad en las secciones venideras ya que esta tecnología es de interés para este
proyecto.
Además, tal como ocurre con el proceso de impresión análogo (inyección de aglutinante), no
suelen ser empleados estructuras auxiliares de soporte ya que el lecho de polvo donde se
encuentra la pieza suele ser suficiente para realizar esta labor, presentando una importante
ventaja, aunque existen algunas excepciones. Nuevamente aparece también el mismo
inconveniente: la fabricación de una pieza empleando distintos materiales se hace poco factible
empleando este proceso.
34
Figura 2-12: Esquema del proceso de fusión en lecho de polvo.
De nuevo, la resolución en el eje vertical (eje Z) viene determinada por la distancia entre la capa
anterior y el espesor de la capa de polvo que se encuentra sobre ella en el momento en el que
dicha capa se está creando. La resolución en los ejes X-Y vendrá dada aproximadamente por el
diámetro del haz de energía dirigido y focalizado mediante lentes y espejos.
La Figura 2-12 muestra esquemáticamente una máquina de fusión en lecho de polvo de tres
recipientes. Los pormenores de su funcionamiento que no se han mencionado en este apartado
pueden ser consultados en el apartado 2.2.4.1.2 ya que son idénticos al del caso de los procesos
de impresión mediante inyección de aglutinante.
2.2.4.1.5. Procesos de laminación de chapas (“Sheet Lamination Processes”).

Materiales empleados: láminas de termoplásticos, papel/cartón, fibra de carbono y
otros materiales compuestos o metales (chapas), principalmente.

Descripción genérica del proceso: (véase la Figura 2-13 y [25]).
Los procesos de laminación de chapas difieren sustancialmente de los demás procesos de
fabricación aditiva presentados anteriormente en que las capas que compondrán la pieza ya han
sido fabricadas anteriormente mediante otros procesos, normalmente mediante métodos de
fabricación convencionales y no serán fabricados por la máquina como en los demás casos. Esto
es, el material es suministrado en forma de láminas o chapas (en el caso de metales)
prefabricadas que compondrán las capas de la pieza y cuyo espesor será el espesor de la capa o
resolución en el eje Z de la pieza final. La máquina será la encargada de cortar de cada sección
de lámina la geometría de la pieza correspondiente a esa capa y unirlas entre sí.
Debido a la especial naturaleza de este proceso, no se puede hablar de resolución en los ejes XY ya que cada capa será uniforme y no será fabricada ni unida internamente (en esa capa) por
la máquina. Sin embargo, se podría argumentar que el elemento que corta la lámina para definir
35
la geometría de cada capa presenta una cierta resolución en dichos ejes, aunque dependerá del
elemento que realice el cortado y de su naturaleza.
Existen multitud de diferentes tipos de máquinas y procesos para esta tecnología dependiendo
del material que se emplee o, mejor dicho, del material del que están compuestas las láminas y
de su naturaleza. Es decir, para máquinas que empleen láminas metálicas (chapas), usualmente
éstas se suministran en tambores cilíndricos donde éstas se encuentran enrolladas y pueden ser
conducidas a través de la máquina de manera continua hacia otro tambor donde de nuevo se
enrollarán una vez que la máquina haya actuado en ellas. Puede que existan rulos o elementos
que suministren calor a la lámina al pasar a su través para facilitar las operaciones de cortado o
de unión entre capas que se llevará a cabo posteriormente, o puede que estos elementos
simplemente tengan el objetivo de conducir la lámina a través de la máquina.
Sin embargo, para otros materiales, es posible que la disposición en tambores sea imposible por
su naturaleza – por lo que podrán ser suministrados en otras disposiciones, como láminas planas
de unas dimensiones suficientes para ser usadas para que la geometría de cada capa se pueda
delimitar en ella; posteriormente esta lámina es retirada y una nueva la reemplaza en la zona de
construcción para la siguiente capa.
En cuanto a las tecnologías de corte que la máquina pueda emplear, de nuevo depende del
material del que estén fabricadas las láminas. Para máquinas que empleen chapas, como la
mostrada en la Figura 2-13, un sistema de láser guiado por espejos y un cabezal óptico será el
encargado de cortar la geometría que delimita cada capa en la chapa; a su vez, este mismo
sistema se puede emplear para ciertos termoplásticos. Sin embargo, para capas formadas por
papel o cartón el uso de un sistema de cuchilla es suficiente para cortar el material y definir la
geometría de la capa en cuestión.
Figura 2-13: Esquema del proceso de laminación.
Para las uniones entre las capas que se han cortado de las láminas, también depende del
material. Capas metálicas pueden ser unidas mediante sistemas mecánicos tradicionales como
remaches o tornillos y tuercas, mientras que materiales compuestos como la fibra de carbono y
36
termoplásticos se pueden enlazar aplicándoles calor. Para los demás plásticos y materiales como
el papel o cartón se suelen emplear adhesivos para unir las capas de la pieza.
Debido a la naturaleza en que se crean las capas, esta tecnología necesita de la fabricación
adicional de estructuras de soporte, que normalmente serán fabricadas a la vez que la pieza y
del mismo material, aunque no unida a la geometría de la pieza, es decir, suelen estar
adyacentes a la pieza pero no unidas a ella. Su inclusión añade un grado de complejidad adicional
en el diseño de la pieza, como es de esperar.
Un aspecto importante a tener en cuenta con esta tecnología que no presentan las demás es
debido a su naturaleza: se suele generar un cierto volumen de material desperdiciado. Debido
a esto, es común que se intente maximizar el área de cada lámina que se emplea para fabricar
las capas, por lo que no es raro encontrarse con la fabricación simultánea de varias piezas.
2.2.4.1.6. Procesos de depositado mediante energía dirigida (“Directed Energy
Deposition”).

Materiales empleados: materiales en polvo o compactados, principalmente metales y
aleaciones.

Descripción genérica del proceso: (véase la Figura 2-14 y [25], [33]).
Este grupo de procesos es similar a los procesos de impresión con inyección de material
(apartado 2.2.4.1.2), aunque con algunas diferencias. En lugar de emplear un cabezal que
contiene el material o materiales del que será fabricada la pieza, esta tecnología se basa en
suministrar el material en forma de polvo a través de un sistema de alimentación hacia un haz
o rayo de energía dirigida, usualmente un láser, rayo de electrones o gas ionizado a alta
temperatura, a través de unos inyectores.
Las corrientes de material en polvo se inyectan directamente al haz de energía o gas ionizado,
fundiendo el material cuando entra en contacto con él y depositándolo sobre la bandeja de la
máquina o sobre la última capa depositada. El haz térmico también funde localmente las últimas
capas depositadas por lo que el enlace químico metálico entre ellas se produce al solidificar
éstas de nuevo, algo que ocurre de manera rápida ya que el interior de la máquina se encuentra
en una atmósfera protectora idónea para el proceso y así mismo para evitar contaminaciones.
Obviamente, la bandeja del sistema estará diseñada para que no pueda ser fundida por el haz
de energía mientras deposita la primera capa, bien por su material o por su disposición.
Tal como la tecnología de impresión mediante inyección de material, ésta posee la clara ventaja
de que el material que se le suministra mediante el sistema de alimentación puede ser cambiado
rápidamente según las necesidades de la pieza. Así mismo, también permite la combinación de
diversas fuentes de material durante la fabricación de una pieza, por lo que se puede emplear
para crear piezas que presentan gradiente de materiales de manera volumétrica o incluso se
pueden combinar varios materiales a la vez para crear otro y depositarlo.
37
Figura 2-14: Esquema del proceso de depositado mediante energía dirigida.
En cuanto a las resoluciones y funcionamiento de estas máquinas, hay una gran variación de un
fabricante a otro. Sin embargo, se puede afirmar que esta tecnología ofrece actualmente una
de las mejores resoluciones en cualquier eje, pudiéndose llegar a fabricar piezas con geometrías
complejas y detalles definidos en la escala de las décimas de milímetro.
Algunas máquinas presentan el movimiento en los ejes X-Y del cabezal y una plataforma
constructora desplazable en el eje vertical (eje Z) mientras que otras presentan un cabezal fijo y
la plataforma constructora es la que se encarga de realizar los movimientos en todos los ejes,
como la mostrada en la Figura 2-14.
Por su naturaleza y según el tamaño y complejidad geométrica de la pieza que se vaya a construir,
es posible que sea necesario la construcción paralela de estructuras de soporte, que podrán ser
del mismo material o de un material diferente que la pieza. Así mismo, por la naturaleza del
proceso de fabricación de estas tecnologías, se puede afirmar que, en cuanto a metales, las
propiedades mecánicas y materiales de las piezas fabricadas mediante esta tecnología
presentan prestaciones altas, requiriéndose poco post-procesado para alcanzar los estándares
necesarios para, por ejemplo, el sector aeroespacial.
2.2.4.2. Clasificación según D.T. Pham.
Es importante recalcar de nuevo que la clasificación de las tecnologías de fabricación aditiva
presentadas en el apartado anterior es la más aceptada y la que se empleará en este Proyecto
para referirse a los distintos procesos y tecnologías dentro de la fabricación aditiva. Sin embargo,
como se estipuló, no es la única clasificación que existe. De entre todas ellas, se ha estimado
presentar la clasificación que originalmente fue propuesta por D.T. Pham en su publicación [22].
Su interés aquí radica en que es una de las pocas clasificaciones sobre las tecnologías de
fabricación aditiva que emplea múltiples criterios para intentar clasificarlas, por lo que puede
ayudar a dar otra perspectiva sobre éstas además de la que se ha presentado en el apartado
anterior, sobre todo para realzar el carácter no-definitivo de la clasificación que se ha empleado.
38
Antes de presentar dicha clasificación, sin embargo, se hace necesario definir o esclarecer
algunos términos o conceptos que Pham emplea en su clasificación.
Uno de los términos que emplea es el concepto de canales. Con esto simplemente se refiere a
la cantidad y disposición de los elementos que proporcionan la resolución en los ejes X-Y,
normalmente entendiéndose como tales los inyectores de material presente en los cabezales
aunque no siempre es el caso (véase el apartado anterior). Otro concepto que emplea es el de
las dimensiones de dichos canales. Un canal unidimensional se refiere a que cada canal sólo
puede inyectar o depositar de forma puntual, y el movimiento del canal en uno o dos ejes será
el encargado de la fabricación progresiva unidimensional de la capa – es decir, el movimiento
según un eje de un canal produce una geometría unidimensional en la capa5. Éste es el caso de
la mayoría de las tecnologías expuestas anteriormente y actuales, aunque hay algunas
excepciones. Dichas excepciones se encuentra en la disposición de un canal bidimensional, que
será capaz de formar la geometría de cada capa de una sola vez.
Con todo esto, Pham emplea el estado o naturaleza del material que la máquina emplea en el
momento de la construcción y la disposición de los canales de la máquina para realizar la
clasificación de las tecnologías de fabricación aditiva, que se presenta en la Tabla 2-1 (página
40).
Mediante esta clasificación, se puede apreciar que se pueden distinguir más grupos tecnológicos
que los presentados según la clasificación del apartado anterior, llegándose a dar el caso del
mismo proceso ocupando varias casillas, mostrando así algunas de las limitaciones de la
clasificación anterior que a veces es acusada de ser demasiado generalista. Sin embargo, para
ello, se ha tenido que emplear nombres propios de tecnologías que, en su mayor parte, se
encuentran patentadas por las empresas desarrolladoras y pertenecen a alguna línea de
máquinas de fabricación aditiva que comercializan. No se pretende dar a conocer todas las
tecnologías que existen actualmente en el mercado, especialmente en este capítulo teórico, por
lo que se recomienda al lector tomar las tecnologías nombradas como una selección de las más
representativas. Para ayudar en la comprensión, se ha subtitulado cada tecnología o grupo de
tecnologías según su proceso como se estudió en el apartado anterior.
Incluso en los capítulos pertinentes de este Proyecto, sólo se hará uso de una selección relevante
de las tecnologías existentes actualmente, ya que queda fuera del alcance de los objetivos
nombrar todas – tarea infructuosa debido a la naturaleza volátil de estas tecnologías, a veces
ligadas al éxito de ciertas empresas, e igualmente inasumible por la vasta cantidad de
denominaciones existentes con cada nueva máquina comercializada añadiendo más a la lista.
Las casillas marcadas con una “X” representan huecos tecnológicos que actualmente ninguna
máquina ha podido rellenar. Esto no quiere decir que no se estén desarrollando sistemas que
en un futuro cubran dichos huecos, simplemente que actualmente no se encuentran
comercializados. Así mismo, es posible que las columnas se expandan en un futuro para esta
clasificación ya que podrían desarrollarse nuevos sistemas de “canales” en las dimensiones
5
Obviamente, cuando se habla de canales de una dimensión o elementos puntuales esto es una
aproximación de la realidad, simplemente se refiere a que una dimensión tiene una dimensión mucho
mayor que otra en el caso 1D mientras que para el caso puntual se refiere a un elemento de tamaño
reducido sin apenas dimensiones de geometría aproximadamente circular.
39
existentes o en 3D, como con la incipiente aunque todavía lejana técnica de emplear la
holografía tridimensional para proyectar y fabricar una pieza de una sola pasada, como se indica
en [34].
Canal 1D
Polímero
líquido
Partículas
discretas
Estereolitografía
(Proc. de fotopolimerización)
Sinterizado selectivo por
láser (“SLS”), “Direct
Metal Laser Sintering”
(“DMLS”), “Phenix”, … ;
“LENS”, …
(Proc. de fusión en lecho de
polvo; proc. de depositado
med. energía dirigida)
Material
fundido
“Fused Deposition
Modelling” (“FDM”);
“Smooth Curvature
Printing” (“SCP”)
2 canales 1D
Estereolitografía
de doble haz
(Proc. de fotopolimerización)
Micro Laser
Sintering”
(“MLS”)
(Proc. de fusión en
lecho de polvo)
Tecnología
“PolyJet”
(Proc. de fotopolimerización y
de impresión con
inyecc. de
material)
Impresión 3D
(Proc. de
impresión con
inyecc. de
material)
Canal 2D
Tecnología “Rapid Micro
Product Development”
(“RMPD”) y “Digital Light
Processing” (“DLP”)
(Proc. de fotopolimerización)
“Direct Photo
Shaping” (“DPS”)
(Proc. de fotopolimerización)
“Thermojet”
X
(Proc. de extrusión; proc. de
imp. con inyecc. de material)
Láminas
sólidas
Batería de
canales 1D
(Proc. de
extrusión)
X
“Paper Lamination
Technology” (“PLT”),
“Solido 3D”
X
X
X
(Proc. de laminación de
chapas)
Tabla 2-1: Clasificación de las tecnologías de AM según D.T. Pham, de acuerdo a dos criterios diferentes.
40
2.3. Tecnologías de AM de especial interés.
2.3.1. Definición y determinación de las tecnologías de “especial
interés”.
Tras haber presentado en los apartados anteriores una visión global genérica de la tecnología
de la fabricación aditiva, detallando la terminología, procesos genéricos de la fabricación así
como la clasificación de interés para ésta, se ha estimado oportuno indagar en aquellas
tecnologías que pudieran ser relevantes para el sector aeronáutico y espacial, es decir, aquellas
tecnologías que, a priori, pudieran satisfacer los objetivos de este Proyecto.
Para concretar, a efectos de este Proyecto, por “interés para el sector aeronáutico y espacial”
se entienden los siguientes factores técnicos:

Tecnologías que puedan emplearse para fabricar piezas o componentes de alta calidad
que satisfagan las estrictas exigencias del sector aeronáutico y espacial, tanto las
destinadas para ensayos como las que formarán parte del producto final.

Tecnologías que empleen materiales característicos del sector. Dichos materiales son
principalmente aleaciones de metales (acero y aleaciones de titanio, aluminio, níquel,
magnesio y berilio) y materiales compuestos; en menor medida también son de interés
polímeros y cerámicas.

Tecnologías que sean capaces de satisfacer altos grados de complejidad geométrica para
un material o materiales dados.

Tecnologías que permitan aplicaciones noveles además de la fabricación de una pieza
nueva, tales como la reparación de piezas dañadas o que han estado en servicio, dando
el resultado de una pieza completamente restaurada; o el empleo materiales avanzados
como las superaleaciones o materiales con gradiente volumétrico en su composición y
estructura (“Functionally Graded Materials” o “FGM”), entre otras.
Obviamente, existirán otras exigencias añadidas a éstas que serán de especial relevancia, en
especial los referentes a consideraciones como el coste de los procesos y al tiempo, que a su vez
dependerán de otros factores propios del diseño de la máquina y de otros factores externos
económicos. Sin embargo, el análisis de estos factores de igual –o a veces, de mayor–
importancia que los técnicos se dejará para los capítulos de análisis posteriores, considerándose
aquí sólo los factores técnicos para hacer esta distinción de “tecnologías de interés” a priori.
Con los factores técnicos mencionados anteriormente, cabe analizar a continuación cuáles de
las tecnologías que se han presentado en la sección anterior caen bajo estas exigencias. A tal
efecto, se presenta la Figura 2-15 (página 43).
41
En dicha figura, se han representado cada una de las siete tecnologías de fabricación aditiva
según la clasificación adoptada según los procesos en cada línea horizontal. Para cada grupo de
tecnologías, se le han asignado los cuatro criterios de exigencias técnicas que se han establecido
anteriormente en forma de cuadros.
Para cada uno, se ha usado un esquema de tres colores que representan el grado de
conformidad de dicho aspecto con las exigencias técnicas, de tal manera que el rojo indica que
cubre un aspecto de manera deficiente o inadmisible, el amarillo que lo cubre de manera
suficiente aunque no de manera completamente aceptable (por lo que habrá que estudiarlo con
más detenimiento) mientras que el verde indica que dicho aspecto se cubre de manera
plenamente satisfactoria.
Finalmente, se le asigna un color a cada tecnología según los colores de cada exigencia asignada
a ella con las siguientes consideraciones: si hay dos o más criterios rojos sin importar de qué
color sean los demás, esa tecnología es inadmisible (roja); si hay al menos un criterio amarillo,
dicha tecnología se debe considerar aunque de manera limitada (amarilla) – siempre y cuando
no haya dos o más criterios rojos; si todos los criterios son verdes, dicha tecnología es
completamente admisible (verde).
42
Procesos
Exigencias
de alta
calidad
de
Exigencias
de
materiales
Geometría
compleja
Aplicación
novel
fotopolimerización
Procesos de
Exigencias
de alta
calidad
impresión,
Exigencias
de
materiales
Geometría
compleja
Aplicación
novel
iny. de material
Procesos de
impresión,
Exigencias
de alta
calidad
Exigencias
de
materiales
Geometría
compleja
Aplicación
novel
Exigencias
de alta
calidad
Exigencias
de
materiales
Geometría
compleja
Aplicación
novel
Exigencias
de alta
calidad
Exigencias
de
materiales
Geometría
compleja
Aplicación
novel
iny. de aglut.
Procesos
de extrusión
Procesos de
fusión en
lecho de polvo
Procesos
de laminado
Exigencias
de alta
calidad
Exigencias
de
materiales
Geometría
compleja
Aplicación
novel
de chapas
Procesos de
depositado
Exigencias
de alta
calidad
Exigencias
de
materiales
Geometría
compleja
Aplicación
novel
med. energía dirigida
Figura 2-15: Esquema o tabla ilustrativa de la selección de las tecnologías de fabricación aditivas de interés según
parámetros técnicos.
43
El razonamiento seguido para determinar el “color” de cada factor, es decir, su grado de
satisfacción respecto a los cuatro criterios de la tecnología en cuestión, se ha tomado con el
conocimiento provisto en el apartado 2.2.4.1 donde se explicaron los procesos tecnológicos de
una manera introductoria y se ha razonado de la siguiente manera:

Procesos de fotopolimerización:
o
o
o
o

Exigencias de alta calidad: la naturaleza de la resina (sus propiedades mecánicas,
propiedades materiales, etc.) no satisface en absoluto las altas exigencias que
el sector demanda, por lo que no cubre este aspecto. Existe deterioro
progresivo del material al exponerse a fuentes naturales o artificiales de luz.
Exigencias de materiales: ya que sólo se pueden emplear resinas
fotopolimerizables como material, no satisface en absoluto la necesidad de
ofrecer el rango de materiales aeroespaciales necesarios.
Geometría compleja: en cuanto a complejidad geométrica alcanzable por la
pieza, se ha resuelto que aunque este aspecto es una baza a favor de todas las
tecnologías de fabricación aditiva y, por lo tanto, bastante alta en todas ellas,
relativamente es un tanto inferior comparado con las demás, simplemente por
la naturaleza del proceso y el material empleado.
Aplicación novel: en cuanto a las aplicaciones noveles, ya que presenta la oferta
de sólo un tipo de material que no se puede considerar aeroespacial, se ha
considerado que no lo cumple, aunque también por carecer de operaciones de
reparación de piezas u otros aspectos noveles.
Procesos de impresión con inyección de material:
o
o
o
o
Exigencias de alta calidad: debido a la naturaleza del proceso y especialmente
por la manera en la que se unen y forman las capas, es posible que dependiendo
del material empleado no sean del todo apta para las altas exigencias del sector.
Sin embargo, muestra potencial con algunos materiales, como los
termoplásticos, por lo que cabe al menos indagar algo más para determinar su
validez.
Exigencias de materiales: se considera que dicha tecnología presenta un rango
respetable de materiales que se podrían considerar aeroespaciales, aunque la
oferta actual es bastante limitada en cuanto a metales u otros de interés. Por lo
tanto, este criterio requerirá más estudio.
Geometría compleja: esta tecnología es capaz de alcanzar resoluciones altas
aunque no destacan comparado con las demás tecnologías. Aunque se pueden
generar diseños con complejidades geométricas altas, este aspecto requerirá de
un estudio más detallado.
Aplicación novel: la posibilidad de emplear varios materiales a la vez, creando
así materiales con gradiente volumétrico, se considera una baza importante a
favor de esta tecnología. La posibilidad de la reparación de piezas ya fabricadas
también es posible, aunque menos común y menos eficiente que en otras. Se
deberá estudiar.
44

Procesos de impresión con inyección de aglutinante:
o
o
o
o

Exigencias de alta calidad: dado que la unión del material en polvo se realiza
mediante el uso de adhesivos, incluso en polvos metálicos, no se puede hablar
de piezas que puedan cumplir las altas exigencias del sector, incluso después de
haber recibido un fuerte post-procesado. Por lo tanto, esta tecnología no
cumple en absoluto con las exigencias del sector, aunque hay unos pocos casos
puntuales donde podría ser aceptable.
Exigencias de materiales: una baza a favor de esta tecnología es el amplio
abanico de materiales disponibles para la fabricación, muchos de los cuales
podrían considerarse como aeroespaciales. Sin embargo, este amplio abanico
queda reducido con respecto a otras tecnologías debido al empleo de
aglutinante, ya que no todos los materiales de interés pueden quedar unidos
satisfactoriamente por ellos.
Geometría compleja: debido a la naturaleza del aglutinante y el carácter
impreciso del depositado de éste, sobre todo al definir los contornos de la pieza,
esto hace que el grado de complejidad geométrica alcanzado por esta
tecnología sobre todo a escalas más pequeñas o a mayores resoluciones, esté
en desventaja respecto a las demás.
Aplicación novel: una aplicación novel que esta tecnología puede presentar es
la reparación de piezas dañadas mediante la reconstrucción, por lo que cumple
este aspecto, aunque habrá que estudiar si dichas aplicaciones se llevan a cabo.
Procesos de extrusión:
o
o
o
o
Exigencias de alta calidad: Esta tecnología presenta la desventaja de que tiene
un rango de aplicación tan amplio que existen máquinas de características muy
pobres a máquinas profesionales industriales que ofrecen la fabricación de
piezas de muy buena calidad. Por ende, se determina que dicho aspecto
requiere de un estudio más profundo para determinar su validez.
Exigencias de materiales: el rango de materiales que las tecnologías de
extrusión ofrecen actualmente, centrado principalmente en materiales con
viscosidad o termoplásticos, si se junta con máquinas de buena calidad, podrían
ser útiles para la fabricación de las piezas de dichos materiales en el sector. Sin
embargo, esto requerirá de un estudio más profundo.
Geometría compleja: considerando las demás tecnologías de fabricación aditiva,
la complejidad geométrica alcanzable con esta tecnología aunque alta, no se
considera del mismo nivel que el de otras. Por esta razón, este factor es
admisible pero no completamente satisfactorio – aunque habrá que estudiarlo.
Aplicación novel: aunque no presenta muchas ventajas para el sector
aeroespacial, es posible la reparación o reconstrucción de piezas, aunque esto
queda limitado al tipo de material de la pieza original vs. el material empleado
por la máquina, aunque habrá que ver si estas aplicaciones se llevan a cabo.
45

Procesos de fusión en lecho de polvo:
o
o
o
o

Exigencias de alta calidad: según qué materiales se empleen, debido a la
manera en que las capas se crean y se unen, estos procesos suelen presentar
piezas con propiedades mecánicas y materiales bastante elevados,
especialmente tras realizar algunas operaciones de post-procesado. Por esta
razón, se considera que entre todas las tecnologías presentadas, ésta es una de
las más aceptables para cumplir las altas exigencias del sector aeroespacial.
Exigencias de materiales: el empleo de materiales en polvo o compactados,
especialmente de metales y aleaciones, cerámicas y materiales compuestos
cubren de manera satisfactoria un amplio rango de materiales considerados
aeroespaciales, por lo que esta tecnología es muy aceptable según este criterio.
Geometría compleja: de nuevo, debido al uso de tecnologías como láseres para
realizar la unión de las capas y crear la geometría, y debido a la precisión que
las operaciones de sinterización o fundido local pueden llegar a presentar, la
complejidad geométrica de la pieza alcanzable con estas tecnologías es bastante
amplio, quedando este factor satisfecho.
Aplicación novel: no se permite el empleo de varios materiales en su
construcción debido a la naturaleza del proceso, ni tampoco es posible
emprender aplicaciones como la reconstrucción o reparación de piezas dañadas.
Sin embargo, la amplia variedad de materiales disponibles corren a favor de esta
tecnología, no sólo metálicos, sino materiales compuestos y noveles.
Procesos de laminado de chapas:
o
o
o
o
Exigencias de alta calidad: en esencia, dado que las láminas que conformarán
las capas de la pieza ya han sido fabricadas mediante otros procesos,
dependiendo de éstos la calidad de la pieza final será de una manera u otra. Es
posible que, particularmente en metales, las exigencias no sean del todo altas
debido a que las capas se suelen unir de forma mecánica y no químicamente,
aunque con el empleo de otros materiales, como la fibra de carbono, la unión
suele ser buena. Por esta razón, este factor requerirá más estudio para
determinar si es una baza a favor o en contra de esta tecnología.
Exigencias de materiales: el empleo de cualquier lámina de metal y materiales
compuestos permite la decantación hacia la aceptabilidad de esta tecnología, al
menos según este criterio.
Geometría compleja: aunque posiblemente alta, no es comparable a la
alcanzable por otras tecnologías, por lo que no se ha considerado un punto
fuerte de esta tecnología, aunque puede llegar a ser satisfactorio para ciertas
aplicaciones.
Aplicación novel: la posibilidad de crear piezas con capas de diferentes
materiales puede llegar a ser una baza a favor, aunque actualmente no hay una
manera satisfactoria para una unión aceptable empleando esta tecnología con
algunos materiales, aunque se indagará en esto en su estudio posterior.
46

Procesos de depositado mediante energía dirigida:
o
o
o
o
Exigencias de alta calidad: el proceso permite crear piezas de materiales de
interés para el sector aeroespacial con altos grados de prestaciones que
cumplirían de manera completamente satisfactoria las altas exigencias del
sector.
Exigencias de materiales: ya que se emplean principalmente metales en forma
de polvo o compactados, y la mayoría de ellos pertenecen a aleaciones de
especial interés para el sector aeroespacial que otras tecnologías no presentan
(aleaciones de titanio y níquel), se puede afirmar que este criterio lo cumple de
manera muy satisfactoria aunque no se pueda emplear para otros materiales
como las cerámicas o materiales compuestos.
Geometría compleja: relativamente, esta tecnología, debido a su naturaleza y
altas resoluciones permite fabricar piezas de altos grados de complejidad
geométricos, en especial cuando se compara con las demás tecnologías de
fabricación aditiva. Por ende, cumple este criterio con creces.
Aplicación novel: por poder emplear varios materiales mientras se fabrica y
poder emplearse dicha tecnología para la reparación y reconstrucción de piezas
ya fabricadas, se puede decir que de entre todas las tecnologías, ésta es la que
mejor cumple este criterio.
Por lo tanto, con todo esto y a vistas de la Figura 2-15, se ha podido observar que hay dos
tecnologías que cumplen de manera plenamente admisible los criterios técnicos establecidos:


los procesos de fusión en lecho de polvo
los procesos de depositado mediante energía dirigida
A su vez, queda establecido que hay un grupo de tecnologías que merecen consideración
aunque actualmente no cubran con total satisfacción todos los criterios establecidos:




los procesos de impresión con inyección de material
los procesos de impresión con inyección de aglutinante
los procesos de extrusión
los procesos de laminado de chapas
Así mismo, la tecnología que no se ha considerado apta, al menos según los criterios técnicos
establecidos, para ser de aplicación en el sector aeronáutico y espacial a priori:

los procesos de fotopolimerización
Con todo ello, cabe desarrollar en profundidad especialmente el primer grupo de tecnologías en
esta sección. El segundo y último grupo de dos tecnologías restantes se cubrirá en la sección
siguiente con menor detalle, debido a su menor importancia para los objetivos de este Proyecto,
aunque se llevará a cabo un estudio suficiente para determinar su utilidad en los casos que así
lo requieran. Así mismo, es importante recalcar que esta separación de tecnologías no es
definitiva, pues a lo largo del Proyecto conforme se amplíe en conocimiento algunas podrían
presentar ventajas desconocidas a priori al nivel de este capítulo.
47
2.3.2. Procesos de fusión en lecho de polvo (“PBF”).
Partiendo de la explicación general que se mostró en el apartado 2.2.4.1.4, en este apartado se
pretende expandir sobre ella y presentar los subgrupos tecnológicos que existen dentro de estas
tecnologías. Dichos subgrupos han surgido y siguen surgiendo conforme cada fabricante
introduce una nueva máquina en el mercado que realiza los procesos de fusión en lecho de polvo
de una forma diferente o empleando nuevas técnicas, por lo que las presentadas dentro de este
apartado deben considerarse como una selección de las más relevantes o conocidas
actualmente. Es de esperar que en años venideros surjan técnicas nuevas de igual o mayor
importancia que las que se presentan aquí.
Así mismo, es de vital importancia recordar que el objetivo de este capítulo y de este Proyecto
no es indagar en estas tecnologías con una profundidad técnica a nivel de diseño, es decir, a
nivel de modelos teóricos o de cálculos de potencia, materiales o de cualquier otro aspecto, sino
de describir la tecnología y entender el funcionamiento de los procesos con la profundidad
necesaria para poder entender sus capacidades y limitaciones. Todo esto, obviamente, con la
intención de determinar si su uso en el sector aeroespacial actual y futuro es admisible.
No obstante, si se desea indagar en esta tecnología de una manera mucho más profunda y
exhaustiva que la requerida en este Proyecto, por favor consulte [35].
2.3.2.1. Sinterizado selectivo por láser (“Selective Laser Sintering”).
Dentro de los procesos de fusión en lecho de polvo, la designación de sinterizado selectivo por
láser (“SLS”)6 se suele reservar para máquinas que emplean materiales no-metálicos, aunque es
posible que se usen polvos metálicos bajo esta designación (se aclarará en el siguiente apartado).
Este proceso emplea láseres de CO2 de entre 50 y 200 W para sinterizar selectivamente la
geometría de cada capa de la pieza sobre un lecho del material de trabajo en forma de polvo
mediante el proceso genérico que se describió en el apartado 2.2.4.1.4, en una atmósfera
protectora en el interior de la máquina para evitar contaminaciones.
Los materiales que se emplean principalmente para esta tecnología y que presentan unas
prestaciones lo suficientemente altas para usos aeroespaciales son los siguientes:


Las poliamidas Nylon-11 y Nylon-12 [36];
Nailon específicos derivados del Nylon-11 y 12 ( [37], [38] y [39]):
o
o
o
o
Duraform PA (derivado del Nylon-12)
Duraform GF (derivado del Nylon-12 con relleno de vidrio)
Duraform EX Natural (derivado del Nylon-11)
Duraform EX Black (derivado del Nylon-11 de color natural negro)
6
Este término se ha convertido en genérico y una gran variedad de empresas diferentes lo emplean para
nombrar la tecnología que sus máquinas usan, es decir, no es un nombre exclusivo sujeto a una empresa.
48
o
o
o
o
o
o
o

Duraform FR 100 (derivado del Nylon-11 con propiedades anti-incendios)
NYTEK 1200 PA (Nylon-12 con una alta resistencia química)
NYTEK 1200 GF (Nylon-12 con relleno de vidrio y reforzado adicional)
NYTEK 1200 CF (Nylon-12 con relleno de carbono resistente a altas
temperaturas)
NYTEK 1200 FR (Nylon-12 con propiedades anti-incendios adicionales)
NYTEK 1100 (Nylon-11 con aplicaciones aeroespaciales)
FR-106 (Nylon-11 con propiedades anti-incendios y alta resistencia mecánica)
Materiales compuestos [38]:
o
o
o
Windform XT (fibra de carbono)
ALM PA 642GSL (fibra de carbono y poliamida con relleno de vidrio)
ePAC (compuesto de poliamidas)
Como muestra [38] y [39], la gran mayoría de estos materiales tienen aplicaciones en el sector
aeronáutico, y en dichas fuentes se pueden consultar más detalles sobre estos materiales a
través de sus respectivos “datasheets”.
Es importante recalcar que, para el “SLS”, una de las principales ventajas que presenta sobre las
demás tecnologías de fabricación aditiva es que el lecho de polvo actúa como soporte de la pieza
que se está fabricando, por lo que el diseño adicional de estructuras de soporte es innecesario,
aligerando la carga de diseño y el esfuerzo de la extracción de la pieza sustancialmente.
De especial interés para el sector aeroespacial, las piezas creadas mediante estos materiales
pueden encontrar uso en aplicaciones como la construcción de tanques de combustible y otros
componentes para los UAV [36], además de cualquier componente aeronáutico cuya aplicación
permita el uso de cualquiera de los materiales que emplea esta tecnología, en especial en
aplicaciones que requieran materiales ligeros, de alta resistencia y químicamente resistentes,
en especial si poseen geometrías complejas.
Según [37], se pueden alcanzar espesores de capa (resoluciones en el eje Z) con esta tecnología
actualmente de 0,102 mm, y tolerancias del orden de +/- 0,5% o +/- 0,127 mm por mm. Así
mismo, el tamaño de las piezas suele ser igual o menor que 70 x 48 x 48 cm3, aunque es posible
fabricar piezas de tamaños mayores pero con máquinas más especializadas.
El acabado superficial de las piezas fabricadas suele ser un tanto granulado y más basto que las
conseguidas por otras tecnologías de fabricación aditiva debido a la sinterización que se realiza
sobre las partículas en forma de polvo del material. Sin embargo, a menor tamaño de dichas
partículas, más fino será el acabado superficial de la pieza final.
La Figura 2-16 muestra un esquema de una máquina que emplea la tecnología “SLS”. La Figura
2-17 muestra ejemplos de piezas fabricadas empleando esta tecnología.
49
Figura 2-16: Diagrama de una máquina que emplea la tecnología de sinterizado selectivo por láser (“SLS”).
Figura 2-17: Ejemplos de piezas fabricadas mediante la tecnología “SLS”.
Para la extracción y limpieza de la pieza, como ocurrirá en la mayoría de las tecnologías
pertenecientes a este grupo, ésta se ha de retirar del lecho de polvo que se depositó mientras
se fabricaba la pieza. Existen utillajes específicos para extraer el bloque de polvo que contiene
la pieza fabricada en su interior para ser transportada a otros puestos y estaciones donde un
operario, debidamente equipado con elementos protectores de seguridad para nariz y boca,
procederá a la retirada manual con la ayuda de elementos como espátulas o cepillos de la pieza
entre el polvo, que suele estar en un estado compactado por el pequeño tamaño de sus
partículas y el peso de las de las propias capas depositadas. Así mismo, se suelen emplear
50
chorros de aire comprimido para retirar el polvo de la superficie de la pieza una vez que ésta se
ha extraído mediante métodos manuales. La Figura 2-18 muestra varias piezas que aún están
por extraer de un lecho de polvo mientras que la Figura 2-19 muestra a operarios realizando
labores de extracción y limpieza sobre una pieza.
Figura 2-18: Piezas fabricadas mediante “SLS” en el lecho de polvo antes de ser extraídas y limpiadas.
Figura 2-19: Operarios realizando tareas de extracción y limpieza de piezas fabricadas por “SLS”.
Vídeos ilustrativos sobre este proceso en concreto se encuentran en [40] y [41], se ruega su
visualización para afianzar y mejor comprender su funcionamiento.
2.3.2.2. Sinterizado directo de metal por láser (“Direct Metal Laser
Sintering”).
Esta designación (“DMLS”) se emplea actualmente para hacer referencia al proceso que
emplean exclusivamente las máquinas de la empresa “EOS” [42], aunque es usual usar el
término más genérico de “SLS” del apartado anterior para referirse también a esta tecnología.
La principal diferencia de ésta con respecto a la anterior es que se emplea exclusivamente para
metales, cambiando ligeramente algunos parámetros de la máquina y del proceso.
51
De nuevo, el proceso genérico y funcionamiento de esta tecnología es el presentado en el
apartado 2.2.4.1.4, donde la creación de cada capa se realiza mediante la sinterización del metal
en forma de polvo mediante un láser de CO2 de 100 W a 400 W dependiendo de la máquina. El
proceso de construcción se lleva a cabo dentro de una cámara con atmósfera inerte y protectora
controlada, usualmente compuesta principalmente de argón o nitrógeno para evitar reacciones
químicas que contaminen al metal durante los procesos de sinterización a altas temperaturas.
A tal efecto, la temperatura de la cámara, y por ende, del lecho de polvo, se eleva a temperaturas
altas para facilitar la sinterización, que será completada mediante el empleo del láser.
De nuevo, el lecho de polvo no sinterizado que queda alrededor de la pieza sirve como material
de soporte durante su construcción, por lo que elementos auxiliares son innecesarios,
presentando una importante ventaja respecto a otros procesos de fabricación aditiva.
La Figura 2-20 muestra el interior de una máquina de “DMLS”, mientras que la Figura 2-21
muestra el interior de una máquina mientras el láser está actuando sobre el polvo metálico para
sinterizar y forma una capa de varias piezas.
Figura 2-20: Cámara interior de una máquina de “DMLS” fabricada por EOS.
Una vez que se ha completado la construcción de la pieza, la cámara se deja enfriar de manera
natural. Según [43], debido a las altas temperaturas bajo las cuales se lleva a cabo la sinterización,
bastante homogeneizadas a través de la pieza, se producen niveles muy bajos de tensiones
residuales o distorsiones a nivel de estructura interna del material, por lo que no suele ser
necesario ningún tratamiento térmico durante el post-procesado para eliminarlas. Sin embargo,
dependiendo de la velocidad de enfriamiento, la pieza puede quedar sometida a tensiones
térmicas o deformaciones al enfriarse, por lo que se ha de tener un especial cuidado con este
aspecto.
En adición, [43] muestra una de las grandes diferencias respecto al “SLS” de esta tecnología, y
es que los metales en polvo que se emplean como material suelen ser de partículas mucho más
finas que las empleadas en el “SLS” común, llegando a emplearse polvos con tamaños de
partículas en torno a los 20 µm para el “DMLS” frente a los 120 µm del “SLS”. Esto garantiza unas
52
mejores propiedades mecánicas y de acabado superficial, dado que la homogeneidad de la pieza
será mucho mayor.
Figura 2-21: Actuación del láser sobre una capa de polvo metálico, sinterizándola en el interior de una máquina de
“DMLS”.
Actualmente, los materiales empleados por la tecnología “DMLS” son los presentados a
continuación. Para una sinterización correcta se suelen emplear polvos de aleaciones multicomponentes, aunque cualquier aleación metálica puede ser empleada teóricamente una vez
que haya sido desarrollada y validada.
La empresa “EOS” muestra un listado actual de las aleaciones que emplea para esta tecnología,
proporcionadas en forma de polvo especialmente diseñado para uso en sus máquinas de “DMLS”
[44]. Al lado de cada material listado a continuación se proporciona una referencia, si existe, al
“datasheet” de dicho material, donde se pueden encontrar parámetros como tolerancias,
acabados superficiales, velocidades de depositado, parámetros mecánicos y térmicos, etc.
además de información más detallada sobre sus aplicaciones más comunes.

Aleaciones de aluminio (aplicaciones aeroespaciales en interiores):
o
o

Superaleaciones de cobalto-cromo (aplicaciones en el sector biomédico):
o
o

EOS Aluminium AlSi10Mg [45]
EOS Aluminium AlSi10Mg/200˚C
EOS Cobalt Chrome MP1 – CoCrMo [46]
EOS Cobalt Chrome SP2 – CoCrMo [47]
Aceros y aceros inoxidables (aplicaciones aeronáuticas y espaciales):
53
o
o
o
o

Aleaciones de níquel (aplicaciones aeronáuticas de altas prestaciones y temperaturas):
o
o
o

EOS MaragingSteel MS1 [48]
EOS StainlessSteel GP1 [49]
EOS StainlessSteel PH1 [50]
EOS StainlessSteel 316L [51]
EOS NickelAlloy HX [52]
EOS NickelAlloy IN625 [53]
EOS NickelAlloy IN718 [54]
Aleaciones de titanio (aplicaciones aeroespaciales de bajo peso y alta resistencia):
o
o
EOS Titanium Ti64 – Ti6Al4V [55]
EOS Titanium Ti64ELI – ASTM F136 [56]
Adicionalmente, la Tabla 2-2 de la página siguiente muestra una selección de parámetros
relevantes obtenidos de los “datasheet” de cada uno de los materiales anteriores. En ella,
casillas marcadas con la designación “s/i” indican “sin información”, es decir, que no se
proporciona información relevante sobre esos parámetros en los “datasheet” disponibles.
Adicionalmente, la ASTM está introduciendo nuevos estándares para algunas aleaciones de
interés, recogidos en [57]. Entre ellos, los destacables para esta tecnología son:





Aleación de titanio Ti6Al4V mediante procesos de fusión en lecho de polvo (estándar
F2924-14)
Aleación de titanio Ti6Al4V ELI (“Extra Low Interstitial”) mediante procesos de fusión
en lecho de polvo (estándar F3001-14)
Aleación de níquel UNS N07718 mediante procesos de fusión en lecho de polvo
(estándar F3049-14)
Aleación de níquel UNS N06625 mediante procesos de fusión en lecho de polvo
(estándar F3056-14)
Aleación de cobalto-cromo Co28Cr6Mo mediante procesos de fusión en lecho de polvo
(estándar WK33833)
54
Material (Aleación)
Aluminio
Super-aleaciones de
cobalto-cromo
Aceros y aceros
inoxidables
Níquel
Nombre comercial y
composición
Espesores
de capa /
espesor
mínimo de
paredes
Velocidad de
construcción
volumétrica
Parámetros de
acabado superficial
tras limpieza /
densidad (ρ)
EOS Aluminium
AlSi10Mg
± 100 µm /
0,3 – 0,4
mm
7,40 mm3/s
(26,60 cm3/h)
Ra = 6 – 10 µm
Rz = 30 – 40 µm
ρ = 2,67 g/cm3
Dir. X-Y
EOS Aluminium
AlSi10Mg/200˚C
s/i
s/i
s/i
s/i
EOS CobaltChrome MP1
CoCrMo
± 20 – 50
µm /
0,3 mm
3,63 mm3/s
(13,07 cm3/h)
Ra = 4 – 10 µm
Rz = 35 – 50 µm
ρ = 8,3 g/cm3
Dir. X-Y
EOS CobaltChrome SP2
CoCrMo
s/i
s/i
s/i
ρ = 8,5 g/cm3
EOS MaragingSteel MS1
± 20 µm /
0,3 – 0,4
mm
3,58 mm3/s
(12,89 cm3/h)
Ra = 4 µm
Rz = 20 µm
ρ = 8,0 g/cm3
EOS StainlessSteel GP1
± 20 – 50
µm /
0,3 – 0,4
mm
3 mm3/s
(10,8 cm3/h)
Ra = 2,5 – 4,5 µm
Rz = 15 – 40 µm
ρ = 7,8 g/cm3
EOS StainlessSteel PH1
ídem
2,5 mm3/s
(9 cm3/h)
ídem
EOS StainlessSteel 316L
ídem
2 mm3/s
(7,2 cm3/h)
Ra = 13 ± 5 µm
Rz = 80 ± 20 µm
ρ = 7,9 g/cm3
2 mm3/s
(7,2 cm3/h)
Ra = 3 – 8 µm
Rz = 13 – 40 µm
ρ = 8,2 g/cm3
EOS NickelAlloy HX
± 40 – 60
µm /
0,3 – 0,4
mm
55
Módulo elástico (E) / Tensión de
rotura (σr), ambos a 20˚C
Dir. Z
Dir. Z
Dir. X-Y
Dir. Z
E = 75 ± 10 GPa
σr = 460 ± 20 MPa
E = 70 ± 10 GPa
σr = 460 ± 20 MPa
λ = 103 ± 5 W/m˚C
c = 920 ± 50 J/kg˚C
λ = 119 ± 5 W/m˚C
c = 910 ± 50 J/kg˚C
s/i
s/i
E = 200 ± 20 GPa
σr = 1350 ± 100 MPa
E = 190 ± 20 GPa
σr = 1200 ± 150 MPa
E = 200 GPa
σr = 1350 MPa
E = 160 ± 25 GPa
σr = 1100 ± 100 MPa
E = 150 ± 20 GPa
σr = 1100 ± 100 MPa
E = 170 ± 30 GPa
σr = 850 MPa
s/i
σr = 1150 ± 150 MPa
E = 185 GPa
Dir. X-Y
σr = 640 ± 50 MPa
E = 180 GPa
Dir. Z
σr = 540 ± 55 MPa
Dir. X-Y
Dir. Z
Conductividad térmica a 20˚C
(λ) / Capacidad térmica
específica (c)
λ = 13 W/m˚C
s/i
ídem
s/i
λ = 15 ± 0,8 W/m˚C
c = 450 ± 20 J/kg˚C
λ = 13 W/m˚C
s/i
λ = 15,7 ± 0,8 W/m˚C
c = 470 ± 20 J/kg˚C
s/i
s/i
E = 195 ± 20 GPa
σr = 850 ± 40 MPa
s/i
E = 175 ± 20 GPa
σr = 720 ± 40 MPa
s/i
EOS NickelAlloy IN625
NiCr22Mo9Nb
ídem
ídem
Ra = 4 – 6,5 µm
Rz = 20 – 50 µm
ρ = 8,4 g/cm3
Dir. X-Y
Dir. Z
4 mm3/s
(14,4 cm3/h)
Ra = 4 – 6,5 µm
Rz = 20 – 50 µm
ρ = 8,15 g/cm3
Dir. X-Y
± 50 µm /
0,3 – 0,4
mm
6,38 mm3/s
(22,95 cm3/h)
Ra = 7,5 – 11 µm
Rz = 37,5 – 60 µm
ρ = 4,41 g/cm3
Dir. X-Y
5 mm3/s
(18 cm3/h)
Ra = 3 – 20 µm
Rz = 16 – 126 µm
ρ = 4,41 g/cm3
Dir. X-Y
ídem
EOS NickelAlloy IN718
NiCr19Fe19NbMo3
ídem
EOS Titanium Ti64 Ti6Al4V
Dir. Z
Dir. Z
Titanio
EOS Titanium Ti64ELI (ASTM
F136)
Dir. Z
E = 170 ± 20 GPa
σr = 990 ± 50 MPa
E = 140 ± 20 GPa
σr = 900 ± 50 MPa
E = 160 ± 20 GPa
σr = 1060 ± 50 MPa
E = 170 ± 20 GPa
σr = 980 ± 50 MPa
E = 110 ± 10 GPa
σr = 1230 ± 50 MPa
E = 110 ± 10 GPa
σr = 1200 ± 50 MPa
E = 108 ± 20 GPa
σr = 1260 ± 40 MPa
E = 112 ± 13 GPa
σr = 1250 ± 50 MPa
Tabla 2-2: parámetros relevantes de las aleaciones que proporciona EOS para uso en sus máquinas de “DMLS”.
56
s/i
s/i
s/i
s/i
s/i
s/i
s/i
s/i
Las operaciones de extracción y limpieza de la pieza suelen ser análogos a los empleados y
descritos en el apartado anterior para las tecnologías “SLS”. Sin embargo, se han de extremar
las precauciones al realizar dichas operaciones debido a la naturaleza más perjudicial para la
salud de las finas partículas de polvos metálicos que se habrán de retirar. Por esta razón, las
operaciones de limpieza se suelen realizar en cámaras especiales aislantes y con trajes y
elementos protectores para los operarios. El polvo metálico retirado se recicla para usarlo de
nuevo tras aplicarle un tamizado, empleando una manguera de succión. Este proceso se ilustra
en la Figura 2-22.
Figura 2-22: Proceso de recuperación del polvo metálico durante la limpieza de la pieza fabricada mediante “DMLS”
empleando una manguera de succión y un tamizado.
Los procesos de post-procesado más empleados para las piezas que se fabrican mediante “DMLS”
suelen ser tratamientos térmicos destinados a mejorar las propiedades mecánicas como la
ductilidad, pero dependerá de la aplicación y del material. Los “datasheet” encontrados en [44]
detallan post-procesados típicos para cada material. Así mismo, operaciones de acabado como
el pulido se suelen aplicar a las piezas, obteniendo acabados superficiales con Ra ≤ 0,1 µm, es
decir, con acabados excelentes al menos uno o dos órdenes de magnitud menores que los que
presentan las piezas recién fabricadas antes del post-procesado (véase la Tabla 2-2).
La Figura 2-23 muestra la extracción de piezas fabricadas de titanio de una máquina “DMLS”,
mientras que la Figura 2-24 muestra piezas fabricadas y post-procesadas mediante esta
tecnología.
57
Figura 2-23: Proceso de limpieza de piezas fabricadas mediante “DMLS”.
Figura 2-24: Ejemplos de piezas fabricadas de diferentes materiales mediante el proceso de “DMLS”.
De nuevo, se ruega encarecidamente la visualización de los siguientes dos vídeos sobre el
proceso de “DMLS” para mejor comprender el funcionamiento del proceso, encontrados en [58]
y [59].
Así mismo, de la Tabla 2-2 se puede discernir de los datos de velocidad de construcción
volumétrica que el tiempo empleado en fabricar una pieza completa –aunque dependerá
58
principalmente del volumen de ésta– está en el orden del decenio de horas 7 para tamaños
comunes o días para tamaños mayores.
Adicionalmente, la empresa “EOS” ha presentado recientemente un nuevo proceso de “DMLS”,
centrado en la miniaturización y la creación de piezas metálicas a escalas muy reducidas para
aplicaciones en las industrias eléctricas y electrónicas, médicas y de la automoción, nombrado
“Micro Laser-Sintering” (“MLS”). Aunque todavía está en desarrollo, es predecible que su
entrada al mercado se produzca durante el 2016. El proceso es el mismo que el explicado en
este apartado, salvo que se emplearían polvos metálicos con tamaños de partículas en torno a
los 5 µm y espesores de capa de 1-5 µm. El diámetro del haz láser se pretende que sea del orden
de los 30 µm y que el tamaño máximo de piezas fabricadas no supere las dimensiones de Ø 57
mm x 30 mm de altura. Más información se puede encontrar en [60]. La Figura 2-25 muestra las
piezas de escala reducida que se han obtenido hasta ahora. Nótese el tamaño relativo de éstas
con elementos cotidianos comunes y el nivel de detalle alcanzable.
Figura 2-25: Dos piezas fabricadas mediante la tecnología “Micro Laser Sintering” (“MLS”).
2.3.2.3. Sinterizado selectivo térmico (“Selective Heat Sintering”).
Es importante resaltar que aunque a priori las tecnologías de fusión en lecho de polvo en general
se estimaron “de interés” para el sector aeroespacial, al indagar en ellas como se está haciendo
en esta sección, se pueden descubrir algunos subgrupos de tecnologías que puede que su uso
sea limitado o irrelevante para el sector aeroespacial en su estado actual. Tal es el caso de esta
tecnología en particular, también conocida como “SHS”, por lo que la profundización en ella no
será del mismo orden que en las anteriores. Las razones se detallarán tras presentar esta
tecnología someramente.
Este subgrupo de tecnologías en concreto, obviamente, se basa en el empleo del método de la
fusión en lecho de polvo que ya se ha explicado, pero empleando el polvo de materiales
termoplásticos. Así mismo, la sinterización no se lleva a cabo por un láser, sino por un cabezal
térmico que proporciona calor de una forma menos directa e intensa que éstos. Esto conlleva a
que las piezas fabricadas mediante este proceso sean de calidad asimilables a las obtenidas
7
Estimación basada en el volumen de un cilindro de dimensiones Ø5 x 15 cm, es decir, de
aproximadamente 295 cm3, y una velocidad volumétrica media de construcción de 5 mm3/s o de 18 cm3/h.
59
mediante los procesos de impresión mediante inyección de aglutinante, según [61]. Esto es, de
una calidad bastante inferior a las obtenidas por métodos que emplean la sinterización por láser
con otros termoplásticos, como el “SLS”.
En concreto, esta tecnología se desarrolló por una empresa (“Blueprinter ApS”, véase [62]) cuyo
objetivo es proporcionar un servicio asimilable al “SLS” pero a una escala y coste reducido para
aplicaciones domésticas o de empresas pequeñas, sobre todo orientado al desarrollo de
prototipos. El diseño del proceso empleando un cabezal térmico reduce el coste del equipo y de
producción, pero la calidad de las piezas sufre si se compara con otros métodos más orientados
a la fabricación industrial o dirigidos a sectores específicos más profesionales.
Otra limitación de esta tecnología es la selección reducida de materiales de la que dispone
actualmente. Sólo dispone de un variante termoplástico monocromo no especificado por el
fabricante con propiedades similares a los del nailon (véase [63]). Así mismo, las siguientes
especificaciones se muestran en la anterior referencia sobre la máquina:



Dimensiones máximas de la cámara de fabricación: 200 x 157 x 140 mm (X-Y-Z)
Espesor mínimo de capa: 0,1 mm
Velocidad de construcción: 2-3 mm/h (velocidad en el eje Z o vertical)
Según el vídeo informativo sobre el proceso, [64], se comenta que éste puede llevar desde varias
horas a días. La Figura 2-26 muestra una de las máquinas que actualmente emplean la tecnología
“SHS”, mientras que la Figura 2-27 es un muestrario de algunas de las piezas fabricadas mediante
esta tecnología; la escala reducida de estas máquinas con respecto a las de la tecnología “SLS”
se puede apreciar en la primera.
Figura 2-26: Máquina de fabricación aditiva de la empresa “Blueprinter” que emplea la tecnología “SHS”.
Figura 2-27: Muestrario de piezas fabricadas mediante la tecnología “SHS”.
60
Aunque el “SHS” presenta las mismas ventajas que las demás tecnologías de este grupo que se
estudiaron en el apartado 2.3.1, su principal debilidad es el material constructivo que emplea y
el método en que lo hace: termoplásticos en polvo y un cabezal térmico en vez de un láser,
respectivamente. Aunque los termoplásticos pueden tener alguna aplicación aeroespacial
concreta por sus propiedades aislantes y de resistencia química a condiciones ambientales
donde los metales sufren, sus bajas propiedades mecánicas lo limitan bastante, sobre todo al no
alcanzarse el mismo nivel de propiedades que los conseguidos mediante la sinterización por
láser, como es el caso del “SLS”.
Las aplicaciones recomendadas de esta tecnología se limitan principalmente a la fabricación de
modelos o prototipos para la evaluación conceptual a coste reducido. De hecho, uno de los
factores de diseño y desarrollo de esta tecnología fueron, según el propio fabricante, reducir los
costes frente a la opción del “SLS” empleando materiales similares pero no enfocados a
productos finales ni a prototipos para ensayos.
Por todas estas razones, esta tecnología no se considera de interés para las aplicaciones más
amplias que estudia este Proyecto.
2.3.2.4. Fundido selectivo por láser (“Selective Laser Melting”).
Esta tecnología de “PBF”, el fundido selectivo por láser o “SLM”8, se emplea principalmente para
la fabricación de piezas metálicas, presentando la ventaja de que se pueden emplear, además
de aleaciones, polvos de metales puros (véase [65]). El proceso es similar o idéntico al expuesto
en el caso del “DMLS”, con la principal diferencia de esta tecnología siendo que el láser consigue
fundir localmente el material en polvo empleado, en vez de solo calentarlo lo suficiente para
fomentar la sinterización, consiguiendo piezas con propiedades similares a las obtenidas
mediante procesos de fundición tradicionales. Esto amplía el abanico de metales que se pueden
emplear, pero a su vez impone algunas restricciones sobre los materiales empleados ya que
deben reunir ciertos requisitos de fluidez en estado líquido y pueden presentarse problemas de
soporte de la pieza durante el proceso de fabricación que los procesos de sinterización no tienen,
además de otros, como se detallará en este apartado.
Así mismo, esta tecnología presenta un amplio abanico de particularidades que pueden añadir
complejidad en las etapas de diseño y, en especial, en las de extracción y post-procesado.
Aunque presenta un gran número de aparentes desventajas, su utilidad radica en la producción
de piezas más homogéneas y densas –y por ende, con mejores propiedades mecánicas– que las
producidas en los procesos de sinterización, así como el uso de ciertos materiales que éstas no
emplean.
8
Aparte de estos nombres, la designación comercial “LaserCUSING” también es sinónimo de éstos.
61
Figura 2-28: Ilustración del proceso de “SLM”.
El proceso en sí se puede apreciar en la Figura 2-28. En él se puede observar su similitud con los
demás procesos de fusión en lecho de polvo, aunque ya se empieza a resaltar el uso y necesidad
de las estructuras de soporte (“support structures”). La necesidad de estas estructuras en este
proceso de fabricación es un tema de constante investigación y estudio, ya que la eliminación
de éstas supondría, a su vez, la eliminación de una de sus principales desventajas.
Para este proceso, existen dos tipos de estructuras auxiliares o de soporte usualmente
empleadas. El primer tipo se denominan estructuras de anclaje o simplemente anclajes
(“anchors”), y son necesarias para impedir la deformación de la pieza al ser sometida a los
fuertes gradientes térmicos locales del láser, de entre los 200 y 400 W, durante los rápidos ciclos
de calentamiento/enfriamiento a la que somete el polvo metálico y a las capas que ya se han
fabricado. La Figura 2-29 a) y b) muestra estos conceptos.
Figura 2-29: Ilustración de los fuertes gradientes de temperatura y tensiones residuales que causan deformaciones
en piezas no-ancladas empleando el proceso de “SLM”.
62
Los anclajes en sí suelen ser elementos fabricados a la vez que la pieza, del mismo polvo metálico,
que se pueden anclar en un sustrato o base creada al inicio de la fabricación (por encima de la
plataforma de la máquina en la cámara de fabricación) para mantener forzosamente la
geometría de la pieza unida a ésta, impidiendo que ésta se deforme debido a las tensiones
térmicas residuales durante el proceso de fabricación. También es una práctica común anclar la
pieza a su propia geometría; el diseño y cómo emplear los anclajes depende en gran medida de
la experiencia del diseñador, ya que depende fuertemente de la geometría de la pieza. A su vez,
los anclajes permiten la evacuación de calor de la pieza para no calentar excesivamente el polvo
entre el que descansa.
Aparte de elementos de anclaje, también suelen ser necesarios estructuras de soporte cuya
función principal es, como en otros procesos de fabricación aditiva, mantener la integridad
geométrica de la pieza mientras ésta se está fabricando. El usar estas estructuras depende en
gran medida de la geometría de la pieza, pero no es algo intrínseco de esta tecnología en sí, tal
como es la necesidad del empleo de elementos de anclaje para evitar deformaciones debido a
los ciclos de calentamiento y enfriamiento. El polvo metálico que rodea a la pieza puede no ser
soporte suficiente para mantener la integridad geométrica de ésta debido a la fusión de éste y
a la mayor densidad de la pieza con respecto al polvo. Si hay elementos de la pieza medio
acabada que puedan ser inestables, se hace necesario emplear estas estructuras de soporte para
apoyar a esta geometría de tal manera que no colapse la geometría inacabada. Esto, obviamente,
conllevará otro esfuerzo adicional de diseño de la pieza y requerirá de la experiencia del
diseñador, ya que cada pieza es diferente y no hay ningún método que funcione de forma
genérica. De la misma manera, requerirá de un esfuerzo adicional durante los pasos de
extracción y post-procesado para eliminar estos elementos de soporte, fabricados del mismo
material que la pieza y comúnmente unida a ésta en diversos puntos.
Esta tecnología en sí resultó de un proyecto de investigación del instituto alemán “Fraunhofer
ILT” [66], a mediados de la década de los 90. A partir de entonces, esta tecnología se ha
empleado por fabricantes de máquinas de fabricación aditiva de todo el mundo. La Figura 2-30
muestra una de las máquinas de mayores dimensiones que actualmente emplea esta tecnología,
de la empresa alemana “Concept Laser”.
63
Figura 2-30: Máquina de “SLM” de la empresa “Concept Laser”. Actualmente una de las de mayores dimensiones en
el mercado.
A su vez, la Figura 2-31 muestra la actuación del láser durante la creación de una capa mientras
se lleva a cabo el proceso de fabricación de una pieza. Nótese la mayor intensidad necesaria
para que el láser llegue a fundir el polvo metálico. Es importante recordar que este proceso se
lleva a cabo en una atmósfera protectora careciente de oxígeno para evitar la contaminación.
Figura 2-31: Actuación del láser durante la creación de una capa en el interior de una máquina de “SLM”.
En cuanto a características de esta tecnología más concretas, [65] y [67] resaltan las siguientes
a tener en cuenta para esta tecnología. Es importante resaltar que estos datos pretenden
ofrecer un rango de cada prestación, ya que cada máquina de cada fabricante posee sus
particularidades.







Volumen máximo que debe contener a la pieza: 600 x 400 x 500 mm3
Resolución máxima de los ejes X-Y: 0,04-0,2 mm
Resolución máxima en el eje Z (espesor mínimo de capa): 0,03 mm
Tolerancias máximas: ± 0,02-0,05 mm (± 0,1-0,2 %)
Acabado superficial típico: RA = 4-10 µm
Densidad de la pieza: hasta el 99,9 %
Velocidad de construcción volumétrica: 5-20 cm3/h
En cuanto a los materiales empleados por esta tecnología, de nuevo [65] presenta de forma
general los disponibles actualmente:
64

Aluminio y sus aleaciones:
o
o




Aleaciones de cobalto-cromo (CoCr ASTM F75)
Aleaciones de cobre
Oro
Metales pesados:
o
o


Tántalo
Wolframio
Aceros y aceros inoxidables
Aleaciones de níquel
o
o
o


AlSi10Mg
AlSi12Mg
IN600
IN625
IN718
Plata
Titanio y sus aleaciones:
o
o
Ti6Al7Nb
Ti6Al4V
Obviamente, cada material se presenta en forma de polvo atomizado con tamaños de grano de
entre los 10 y 60 µm [67], usualmente proporcionado por cada fabricante para su línea de
máquinas bajo nombres propios.
La Figura 2-32 muestra algunas de las piezas que se pueden fabricar mediante la tecnología de
fusión selectiva por láser, mientras que el vídeo [68] muestra con detalle todo el proceso que se
lleva a cabo para la fabricación mediante esta tecnología, resaltando las operaciones de
extracción y limpieza así como las de recuperación del polvo metálico y su posterior tamizado
para ser reutilizado.
65
Figura 2-32: muestrario de piezas fabricadas mediante la tecnología “SLM”.
Antes de finalizar este apartado cabe volver al estudio de la principal desventaja de esta
tecnología, la causada por los altos gradientes de temperatura que causan deformaciones y que
obligan al empleo de elementos auxiliares de anclaje. El artículo [69] muestra un estudio sobre
dichas tensiones residuales en una pieza fabricada mediante este proceso empleando la
aleación de titanio Ti-6Al-4V, donde se llega a la siguiente conclusión de interés, entre otras: las
tensiones residuales térmicas causadas por el láser pueden llegar a superar el límite elástico del
material localmente, causando deformaciones y discontinuidades a nivel de la microestructura,
proporcionando lugares donde se pueden iniciar fracturas por fatiga.
Desde hace varios años, las líneas de investigación para esta tecnología concreta se están
moviendo hacia la eliminación o reducción de las estructuras de soporte necesarias, como el
anclaje. Algunas, como las mostradas en [70] y en [71], pretenden conseguir esto empleando
nuevas técnicas que reducen las tensiones residuales durante la fabricación tal que no sean
necesarias, empleando aleaciones eutécticas. Otras, como la mostrada en [72], pretenden
optimizar el empleo de estructuras de soporte geométricas, llevando a cabo estudios sobre
cuáles son los límites de los elementos geométricos de las piezas que puedan requerir o no
elementos de soporte, y cuáles son las formas y dimensiones óptimas de éstas. Incluso [73]
propone el empleo de una combinación de láseres continuos y de pulso para fabricar elementos
de soporte que sean más fáciles de extraer y eliminar de la pieza final, reduciendo los tiempos
de post-procesado necesarios.
2.3.2.5. Fundido por rayo de electrones (“Electron Beam Melting”).
En esencia, este proceso (“EBM”) tiene el mismo fundamento que el “SLM” estudiado en el
apartado anterior; sin embargo, el fundido del material se consigue mediante un haz o rayo de
electrones (también conocido como rayos catódicos) en vez de empleando un láser. Fue
desarrollado por la empresa sueca “Arcam AB” [74] específicamente para la fabricación de
piezas metálicas, empleando finos polvos metálicos atomizados en un proceso de fusión en
lecho de polvo llevado a cabo en el interior de una cámara al vacío (con presiones comprendidas
entre los 100 nPa y los 100 mPa, mientras que se inyecta una presión parcial de 200 mPa de
helio durante la fusión [75]), a diferencia de la atmósfera protectora de nitrógeno o argón
empleada en las demás tecnologías estudiadas de este grupo. De hecho, a día de hoy, esta
66
empresa es la única que comercializa máquinas de fabricación aditiva que empleen esta
tecnología.
La Figura 2-33 muestra de manera esquemática el proceso de fabricación propio de esta
tecnología. Su fundamento es el mismo que el estudiado para las demás tecnologías de fusión
en lecho de polvo, con la excepción del elemento que se emplea para fundir y definir la
geometría de cada capa.
Figura 2-33: Ilustración del proceso de “EBM”.
A diferencia del proceso de “SLM”, el haz de electrones calienta toda la capa y subcapas del
polvo metálico a una temperatura idónea para que una vez comience la fusión, los gradientes
térmicos sean mínimos. De esta manera, se reduce sustancialmente el impacto sobre el material
de los fuertes gradientes térmicos de calentamiento y enfriamiento a los que se somete el
material en los procesos que emplean la tecnología láser, reduciendo la necesidad de extensas
y complejas estructuras de anclaje para impedir la deformación de la pieza por tensiones
térmicas residuales y por la necesidad de evacuar calor. De esta forma, se reduce en gran medida
la necesidad de algunas operaciones de post-procesado y tratamientos térmicos encaminados a
reducir las estructuras martensíticas que se hubieran formado si estos fuertes gradientes
térmicos hubieran existido.
Sin embargo, esto no quiere decir que dichas estructuras no sean necesarias. Aún se deben
emplear para mantener la integridad de la pieza durante su construcción por razones de
estabilidad geométrica, y aunque las tensiones residuales sean menores que en el caso de “SLM”,
aún están presentes – por lo que también serán necesarias algunas estructuras de anclaje y de
evacuación de calor por conducción, sobre todo durante la fase de enfriamiento de la pieza. Es
decir, al igual que la tecnología de “SLM”, ésta presenta la desventaja de que requiere de
estructuras de soporte y de anclaje, aunque de menor complejidad y en menor medida.
De hecho, según [76], las piezas fabricadas mediante esta tecnología poseen la ventaja de que
presentan propiedades similares a las obtenidas mediante los procesos de forja convencionales,
es decir, mucho más superior mecánicamente que las obtenidas mediante el proceso de “SLM”,
comparables a piezas obtenidas mediante la fundición.
67
Otra ventaja adicional sobre los procesos “SLM” es que mediante el empleo de la tecnología del
haz de electrones, se pueden mantener varios lugares de la capa en estado fundido
simultáneamente, a diferencia de los que emplean un láser, según [75] y [76]. Esto permite
aumentar las velocidades de construcción y, de nuevo, reducir el impacto de las tensiones
residuales térmicas.
Sin embargo, otra de las importantes desventajas de esta tecnología actualmente es su reducida
selección de materiales disponibles. [77] muestra la oferta actual, reducida a aleaciones
específicas de titanio y cobalto-cromo:


Aleaciones de cobalto-cromo (CoCr ASTM F75) [78]
Titanio [79] y sus aleaciones:
o
o
Ti6Al4V [80]
Ti6Al4V ELI [81]
A su vez, esta tecnología presenta las siguientes características generales, según [82]:






Volumen máximo que debe contener a la pieza: 350 x 350 x 380 mm3
Resolución máxima de los ejes X-Y: 0,1 mm
Resolución máxima en el eje Z (espesor mínimo de capa): 0,05 mm
Tolerancias máximas: ± 0,02 mm
Acabado superficial típico: RA = 20,3-25,4 µm
Densidad de la pieza: hasta el 99,9 %
Como se puede comprobar, presenta mejores resoluciones y tolerancias que la tecnología de
“SLM”, aunque sufre de peores acabados superficiales. Sin embargo, teniendo en cuenta que la
pieza puede ser sometida a las mismas operaciones de post-procesado y tratamientos
superficiales que cualquier otra pieza metálica, esto no supone ningún problema.
Figura 2-34: muestrario de piezas fabricadas en aleaciones de titanio mediante la tecnología “EBM”.
La Figura 2-34 ilustra dos piezas fabricadas mediante esta tecnología. Nótese el duro acabado
superficial de la derecha antes de ser sometida al post-procesado.
68
Para finalizar, es importante realzar que esta tecnología está en proceso de obtener
certificaciones de la ASTM para fabricar piezas de Ti-6Al-4V y Ti-6Al-4V “EI” mediante esta
tecnología, véase [83] y [84] respectivamente.
2.3.2.6. Resumen: comparación entre las tecnologías de “PBF”.
Para esclarecer y presentar de una forma más sencilla las conclusiones tempranas que se han
podido obtener al indagar un poco más en este apartado sobre las tecnologías de fusión en lecho
de polvo, se presenta la tabla resumen de la siguiente página (Tabla 2-3). Se recuerda que esto
no pretende ser una decisión final sobre la aptitud o ineptitud de una tecnología para los
objetivos de este Proyecto, sino solo un paso hacia su determinación según factores puramente
técnicos que se han revelado mediante el estudio llevado a cabo en este apartado.
A vistas de la Tabla 2-3, se puede afirmar que la tecnología “SHS” queda completamente
descartada como “de aplicación al sector aeroespacial” debido a que no cumple los criterios
requeridos para éste que se han establecido.
A su vez, se ha descubierto que cada tecnología estudiada dentro de las de fusión en lecho de
polvo posee sus ventajas e inconvenientes que habrán de ser tenidos en cuenta según el
material que se desee emplear, la calidad de la pieza que se desee obtener y el esfuerzo de postprocesado al que se desee someter.
69
Tecnología
de
“PBF”
Decisión
Sinterizado
selectivo por
láser (“SLS”)
Apto para
materiales
nometálicos
Sinterizado
directo de
metales por
láser
(“DMLS”)
Sinterizado
selectivo
térmico
(“SHS”)
Fundido
selectivo por
láser (“SLM”)
Fundido por
rayo de
electrones
(“EBM”)
Comentarios y consideraciones

Mejor opción para fabricar termoplásticos y materiales compuestos de la calidad exigida en el sector,
en especial los de geometrías complejas.

Los termoplásticos en sí no tienen una amplia aplicación en el sector: uso limitado, aunque los
materiales compuestos sí que lo tienen; amplio abanico de materiales no metálicos.

Propiedades del material obtenido por el proceso dentro del rango aceptable para el sector.

Amplio abanico de aleaciones disponibles empleadas en el sector aeroespacial.

Sólo se pueden emplear aleaciones metálicas.

Buenas propiedades mecánicas y de post-procesados aplicables, aunque inferiores a las obtenidas en
procesos de “PBF” que consiguen el fundido del polvo. Menos densas y menos homogéneas que
éstas.

La sinterización puede crear piezas más porosas que las obtenidas mediante los procesos que
involucran la fusión del metal. Sin embargo, dicha porosidad se puede controlar según las
necesidades de diseño.

Tecnología de coste reducido enfocada a pequeñas empresas para labores de diseño conceptual de
prototipos de tamaño reducido.

Limitado a termoplásticos básicos con peores propiedades que los empleados por el “SLS”. Poca
variedad.

Propiedades mecánicas pésimas para una tecnología de fusión en lecho de polvo, asimilable a
procesos de inyección de aglutinante.

Se pueden emplear polvos de metales puros atomizados además de las aleaciones típicas de los
procesos de sinterizado.

La fusión del metal proporciona piezas más densas y con mucha menos porosidad que las
sinterizadas. Aumenta la resistencia mecánica y propiedades del material, en especial si es postprocesada. Calidad asimilable a procesos convencionales de fundición, pero permitiendo geometrías
muy complejas.

Las fuertes temperaturas locales durante la fabricación someten a la pieza a fuertes gradientes de
temperatura que provocan grandes tensiones residuales. Sin procesos de tratamiento y postprocesado adecuados las piezas pueden no cumplir los estándares de fatiga o vida útil exigidos en el
sector.

El proceso puede requerir el empleo de estructuras de soporte debido a la fusión del polvo metálico,
a diferencia de las que emplean la sinterización. Se deben emplear elementos de anclaje para
evacuar el calor de la pieza y para impedir la deformación de la pieza por las tensiones residuales
debido a los fuertes gradientes de temperatura. Sin embargo, se está investigando profusamente
para emplear técnicas y métodos que eliminen la necesidad de estos elementos o que los reduzcan
de manera considerable.

Teóricamente, se pueden emplear polvos de metales puros atomizados además de las aleaciones
típicas de los procesos de sinterizado.

Permite la fabricación de piezas más densas y homogéneas que las obtenidas mediante procesos que
emplean la sinterización, con calidades similares a las obtenidas mediante procesos convencionales
de forjado, pero con las ventajas de las tecnologías de AM.

Presenta mejores velocidades de fabricación que el “SLM”, así como la generación de menores
tensiones residuales térmicas, permitiendo el uso de menos elementos de anclaje y de soporte
auxiliares, aunque éstos aún son necesarios.

Peores acabados superficiales y menor selección de materiales disponibles en comparación con el
“SLM”.
Apto
No apto
Apto
Apto
Tabla 2-3: Resumen sobre conformidad de cada tecnología de “PBF” con los objetivos del Proyecto.
70
2.3.3. Procesos de depositado mediante energía dirigida (“DED”).
De nuevo, refiérase al apartado 2.2.4.1.6 para obtener una descripción general del proceso de
esta tecnología. En este apartado se detallarán los tres subgrupos que existen en las tecnologías
de depositado mediante energía dirigida y se indagará en cada uno para determinar si siguen
cumpliendo los requisitos que se establecieron para considerarlas “de especial interés” para el
sector aeroespacial, así como para aumentar el conocimiento sobre éstas.
Sin embargo, antes de presentar dichos subgrupos, es importante resaltar algunas
características que todos ellos comparten y tienen en común.
Todos los procesos de depositado mediante energía dirigida se emplean principalmente para
metales, y todos ellos emplean energía para conseguir fundir el metal, que puede ser
suministrado al cabezal en forma de polvo o en forma de alambre. El metal fundido se va
depositando sobre una plataforma de construcción o sobre una pieza que está en proceso de
ser fabricada o reparada. De hecho, una de las principales ventajas que presenta esta tecnología
es que se puede emplear para la reparación de piezas ya fabricadas, aunque éstas lo hubieran
sido por otras tecnologías de fabricación. En el sector aeroespacial, una de estas aplicaciones es
la reparación de álabes de turbinas de turborreactores dañados o deteriorados, restaurándolos
a su estado original, ahorrando costes y tiempo – algo que no puede ser llevado a cabo por
ningún otro método de fabricación convencional actual. Véase [85], [86] y [87], al igual que la
Figura 2-35.
Figura 2-35: Tres ejemplos de reparación de componentes de turborreactores mediante la tecnología de “DED”.
Otras designaciones comunes con las que se suele asociar a este grupo de tecnologías son las de
“Laser Powder Build-up Welding”, “Laser Powder Welding” o simplemente “Laser Cladding”, es
71
decir, asociadas al soldado (de soldadura). Esto proviene de la infancia de esta tecnología a
principios del s. XXI cuando se le empezó a denominar de esta forma a las aplicaciones de
reparación de piezas metálicas que ofrecían dichas máquinas y que aún hoy todavía persiste en
el sector, aunque no hay que olvidar que se trata de una de las tecnologías de fabricación aditiva.
En comparación con las tecnologías de fusión en lecho de polvo que emplean metales, tanto los
que los sinterizan como los que los funden, las tecnologías de depositado mediante energía
dirigida permiten la fabricación de piezas de mayores dimensiones y de mayores complejidades
geométricas. Esto es debido a que el cabezal suele tener tres grados de libertad de giro y de
desplazamiento en el eje vertical mientras que la plataforma de construcción permite
movimientos en el plano X-Y y rotatorios, permitiendo depositar material en ángulos que las
tecnologías de lecho de polvo no permiten. A su vez, con alguna excepción, las cámaras de
fabricación pueden ser mayores debido a que no se emplea un sistema de lecho de polvo, que
ha de ser rellenado constantemente y esparcido en un área proporcional a un volumen que
englobe a la pieza, necesitándose un mayor volumen de polvo metálico para mayores tamaños
de piezas, aumentando la cantidad de materia prima necesaria. Esto no es necesario para las
tecnologías de “DED” ya que el cabezal proporciona el chorro de material de forma externa
mediante un sistema de alimentación, usándose sólo el necesario para construir la pieza,
eliminando la necesidad de llenar volúmenes con polvo metálico, mucho del cual queda sin ser
utilizado y habrá de ser extraído, limpiado y filtrado para ser reutilizado, añadiendo tiempo y
esfuerzo a los pasos de extracción y limpieza de la pieza.
Sin embargo, las tecnologías “DED” presentan la desventaja de que carecen del soporte que el
lecho de polvo suele ofrecer para piezas en proceso de ser fabricadas, por lo que estructuras de
soporte serán necesarias – añadiendo tiempo y esfuerzo de post-procesado para obtener la
pieza final, ya que se suelen emplear técnicas de mecanizado para separar la pieza de los
soportes. No obstante, ésta es una desventaja parcial, ya que como se estudió, los dos procesos
de fusión en lecho de polvo que podrían conseguir propiedades similares a los obtenidos por
estas tecnologías, es decir, los que consiguen fundir el metal, también necesitan de estas
estructuras, a pesar del lecho.
Otra ventaja que presenta sobre las tecnologías de “PBF”, aparte de la de reparación de piezas,
es la posibilidad de emplear varios materiales a la vez sobre una misma pieza. Ya que el material
es suministrado mediante un sistema de alimentación, bien en forma de polvo o en alambre
metálico, varios tipos de materiales pueden ser suministrados simultáneamente o
secuencialmente, pudiendo crear materiales novedosos con gradientes volumétricos o
simplemente materiales compuestos avanzados, como compuestos cerámicos o metálicos.
Dependiendo de la tecnología, también se puede afirmar que las velocidades de depositado y
de ciclo de fabricación de una pieza son o bien iguales, o ligeramente mejores que las de fusión
en lecho de polvo, contribuyendo a que esta tecnología se considere, al menos en el aspecto
técnico, ligeramente superior a las de fusión en lecho de polvo para la fabricación de piezas
metálicas o de materiales compuestos avanzados.
72
2.3.3.1. Formado por láser de polvo (“Laser Powder Forming”).
Como se podrá comprobar en el subsiguiente estudio, dentro de las tecnologías de “DED”, éstas
se diferencian unas de otras principalmente por la fuente de energía que utilizan para fundir el
metal y por la forma en la que se encuentra ese metal o material, es decir, en forma de polvo o
de alambre. En el caso del formado por láser de polvo (“LPF”), como su propio nombre indica,
se emplea un láser de CO2 de hasta 4 kW para fundir el material, que es suministrado en forma
de polvo.
Quizá el subgrupo tecnológico más extendido dentro del “DED”, el “LPF” también es conocido
por algunos nombres comerciales, como son “Laser Engineered Net Shaping” o “LENS”, “Direct
Metal Deposition” o “DMD” y “Laser Consolidation” o “LC” [88]. Hay multitud de empresas que
emplean este proceso y es el más extendido de los tres subgrupos. De hecho, a este proceso de
fabricación aditiva se le suele referir con el nombre de “Laser Cladding” cuando se aplica para
no sólo la reparación de piezas, sino para aplicar capas protectoras sobre piezas fabricadas
mediante otros métodos, véase [89].
La Figura 2-36 muestra esquemáticamente el proceso llevado a cabo por estas máquinas,
mientras que la Figura 2-37 muestra dos máquinas reales de “LPF”. Nótese el empleo de
sensores de retroalimentación para determinar si la pieza se está fabricando de acuerdo a los
datos CAD, así como las mayores dimensiones de las máquinas, permitiendo fabricar piezas de
mayores dimensiones.
Figura 2-36: esquema ilustrativo sobre el proceso de “LPF”.
Figura 2-37: ejemplo de máquina de “LPF” con cámara inerte (izq.) y otra sin ella (der.).
73
Según [88], para impedir que ocurran procesos de oxidación o contaminación del metal por
otros gases atmosféricos, el proceso se puede llevar a cabo de dos maneras, o mediante una
combinación de éstas. La primera consiste en emplear una máquina que contiene una cámara
hermética que será llenada de un gas inerte, y en donde se controlarán los niveles de oxígeno
para asegurarse de que no se pueda contaminar el metal por oxidación (Figura 2-37 izq.). A su
vez, otro método consiste en no emplear una cámara hermética cerrada para llevar a cabo la
fabricación, sino que el cabezal de inyección emplea un sistema que continuamente proporciona
un chorro de gas inerte que cubre la zona de aplicación de la tecnología en todo momento
(Figura 2-35 y 2-37 der.). Tampoco es raro encontrar máquinas que emplean ambos métodos,
es decir, un chorro de gas inerte local en el cabezal mientras que la construcción se lleva a cabo
en el interior de una cámara hermética donde se controlan los niveles de oxígeno. Esto es debido
a que emplean el chorro de gas inerte como un método de entrega del material en polvo, véase
la Figura 2-38.
Figura 2-38: empleo de chorro de gas inerte para la inyección del material en polvo en la tecnología “LPF”.
La ventaja principal de las máquinas que emplean chorro de gas inerte es que una cámara de
construcción no es necesaria, como es el caso en la mayoría de las demás tecnologías de
fabricación aditiva, especialmente en el caso de las de fusión en lecho de polvo. Esto permite
construir o actuar sobre piezas de dimensiones mucho mayores que las de cualquier otra
tecnología de fabricación aditiva de interés para el sector aeroespacial estudiada hasta ahora.
En este proceso, el flujo y caudal de las corrientes de material en polvo se controlan
minuciosamente para asegurar que en cada momento se deposita la cantidad de material
óptima. Como ya se ha podido vislumbrar, esto se puede conseguir inyectando el polvo hacia la
zona de aplicación del láser empleando un chorro de gas inerte a presión o simplemente
dejándolo caer por gravedad. La efectividad de ambos métodos aún es difícil de esclarecer, ya
que presentan grados de complejidad y de prestaciones similares, aunque es verdad que los de
chorro de gas suelen ser los más empleados, por necesidad, en aquellas máquinas que carecen
de cámara hermética para la construcción. Así mismo, según [85], una de las ventajas que ofrece
emplear el chorro de gas inerte como forma de entrega del material a la superficie de aplicación
es que mejora la humectación del fundido con la superficie sólida existente, consiguiéndose así
materiales más densos y homogéneos, también de vital importancia en la reparación de piezas.
74
Como detalla [90], a continuación se presentan los diferentes materiales que son empleados
actualmente por la tecnología de “LPF”:

Aceros:
o
o
o
o
o

Aleaciones de cobalto:
o

Inconel 718, 625
C-276
Nistelle C
Wasp alloy
Aleaciones de titanio:
o
o

Stellites 6, 21, 31
Aleaciones de níquel:
o
o
o
o

Acero de herramientas H13 y S7
Aceros inoxidables 316 L, 420, 17-4 PH, 15-5 PH
Acero de molde P20, P21
Invar
Aceros P/M, CPM 1V, 9V, 10V, VIMCRu 20
CP Ti
Ti-6Al-4V
Cermets (materiales compuestos cerámicos y metálicos):
o
o
o
Base ferrosa y carburo, 4140+WC
Base de níquel y carburo, In625+WC
Base de cobalto y carburo, Stellite 21+WC
En esta tecnología los problemas de tensiones térmicas residuales tan prevalentes en las
tecnologías de fundido en lecho de polvo que llegaban a fundir el material no son tan acentuadas,
aunque siguen estando presentes – de hecho, no suelen ser necesarias las estructuras auxiliares
de anclaje. Actualmente, el estudio sobre tensiones residuales se divide entre los estudios
enfocados a los procesos donde se emplea esta tecnología para reparar componentes (“laser
cladding”), es decir, el impacto de las tensiones residuales tanto en el material depositado como
en las zonas de la pieza original afectadas por el proceso; mientras que la otra línea de
investigación se centra en las tensiones residuales generadas en piezas fabricadas íntegramente
por esta tecnología de fabricación aditiva. Debido a que actualmente el principal uso de esta
tecnología es para la reparación de piezas –o mejor dicho– la reparación de piezas mediante
esta tecnología es su aplicación más longeva, no es de sorprender que los estudios y literatura
sobre el estudio de las tensiones residuales en procesos de “laser cladding” sea la más
75
abundante. Algunos ejemplos se pueden encontrar en [91], donde se estudia el efecto sobre la
aleación Ti-6Al-4V desde el punto de vista de la velocidad de depositado; [92], donde se estudian
las tensiones residuales en una aleación de aluminio o [93], que muestra que en depositados de
cobalto, la velocidad de depositado está relacionada directamente con el aumento de las
tensiones residuales, es decir, aumentan con ésta.
Al igual que en los procesos de fusión en lecho de polvo que funden el polvo metálico,
dependiendo del material, se pueden llegar a aliviar estas tensiones mediante procesos de postprocesado, en especial mediante el empleo de tratamientos térmicos. Esta tecnología suele
caracterizarse por enfriamientos rápidos, consiguiéndose una microestructura con granos finos,
aumentando la rigidez de las piezas.
Las velocidades típicas de construcción o depositado mediante esta tecnología pueden llegar a
estar comprendidos entre los 160 cm3/h hasta los 200 cm3/h [94], es decir, se pueden llegar a
depositar hasta medio kilogramo de material por hora, dependiendo de la densidad de éste.
Estas velocidades de construcción son al menos un orden de magnitud superior a las mejores
velocidades que presentan los procesos de fusión en lecho de polvo.
La Figura 2-39 muestra una selección de piezas fabricadas mediante esta tecnología, donde se
puede llegar a comprobar que pueden ser sometidas a cualquier post-procesado de acabados
superficiales que cualquier otra pieza metálica. Se recomienda ver el vídeo sobre este proceso
en [95].
Figura 2-39: muestrario de piezas fabricadas mediante la tecnología “LPF”.
Así mismo, antes de dar por finalizada esta sección, la Figura 2-40 pretende mostrar un caso
concreto donde el empleo de esta tecnología en particular llega a reparar un eje del fan de una
76
aeronave dañada durante un accidente leve secuencialmente desde el estado original hasta el
post-procesado. El eje entró de nuevo en servicio, véase [96].
Figura 2-40: secuencia de reparación de un eje de un fan de una aeronave dañado mediante la tecnología de “LPF”.
2.3.3.2. Formación por fusión de iones (“Ion Fusion Formation”).
Este subgrupo tecnológico de las tecnologías de “DED” es de desarrollo y uso exclusivo de la
empresa aeronáutica estadounidense “Honeywell Aerospace”. También conocido como “IFF”,
esta tecnología se basa en el empleo de un soplete de plasma (gas de argón supercalentado e
ionizado) como fuente de energía que funde el material de trabajo (usualmente metales) que
puede ser suministrado o bien en forma de polvo o de alambre, aunque el alambre es el más
prevalente actualmente.
Según [97], en este proceso el material se le suministra al chorro de plasma, donde se funde y
éste lo impulsa hacia la zona de depositado, que también estará localmente fundida por la acción
térmica del chorro. Sensores se encargan de detectar la cantidad de material presente y
depositado, guiando al cabezal a depositar según la información presente derivada del archivo
CAD original. Así mismo, debido a las altas velocidades de enfriamiento de la estructura metálica,
se consiguen piezas con una distorsión muy pequeña y de una microestructura de granos finos,
dando a las piezas unas buenas propiedades mecánicas, con tensiones térmicas residuales
mínimas. Esto, por supuesto, puede ser alterado mediante el post-procesado según las
necesidades de la pieza.
La propia patente de esta tecnología, [98], indica un listado de materiales que se pueden
emplear con ella:
77




Aceros: AISI 9310, acero inoxidable 304
Aleaciones de aluminio: A356
Aleaciones de titanio: Ti-6Al-4V
Aleaciones de níquel: Inconel 718
Algunas de las desventajas importantes que presenta esta tecnología son las siguientes, que
hacen que quizá no sea la más idónea para su uso, en comparación con las demás tecnologías
“DED”. En primer lugar, según [99], no existe una disponibilidad de esta tecnología fuera de la
empresa inventora, “Honeywell Aerospace”. Desde su invención, esta empresa no ha ofrecido
la venta de máquinas que empleen esta tecnología al sector, empleándola exclusivamente
dentro de su propia empresa. Esto ha llevado a que otras empresas del sector aeroespacial no
puedan emplear esta tecnología ya que tendrían que revelar sus diseños a un competidor para
que éste les fabrique las piezas, es decir, “Honeywell” se ha limitado a usar esta tecnología para
la fabricación de piezas propias en las que ha estado involucrada en su diseño o producción.
[100] muestra otra desventaja, la limitación en el tamaño de las piezas que se pueden fabricar,
debiendo estar contenidas en el volumen descrito por un prisma rectangular de dimensiones de
1,2 x 1,2 x 1,8 m3, demasiado pequeña para la mayoría de las estructuras aeronáuticas. Por
último, el empleo del material en forma de alambre da como resultado acabados superficiales
bastante peores que los conseguidos mediante otras tecnologías “DED” que emplean el material
pulverizado, añadiendo tiempo y costes a los procesos de post-procesado para paliar esta
desventaja.
Esta tecnología también presenta aplicaciones para “laser cladding”, o reparación de piezas
dañadas o desgastadas, como muestra [101], aunque es menos extendida que en el caso de
otras tecnologías “DED”.
En esencia, aunque este proceso se introdujo en el 2001, no fue hasta 2004 cuando se publicó
su patente, y desde entonces ha sido una tecnología ligada exclusivamente a la empresa
“Honeywell Aerospace”, como se ha mencionado. Se han producido mejoras en el proceso y en
la tecnología desde entonces, pero sigue siendo una de las menos extendidas en comparación
con las demás tecnologías de fabricación aditiva debido a la postura de no-revelación y nocomercialización que ha adoptado la empresa con respecto a ella. Esto lleva a que haya poca
disponibilidad de literatura y material de referencia sobre ella, agravado por el hecho de que no
haya calado en el sector de la misma manera que las demás.
2.3.3.3. Fabricación directa mediante haz de electrones (“Electron
Beam Direct Manufacturing”).
También conocida como “EBDM”, esta tecnología se caracteriza por el uso de un haz de
electrones en el vacío para conseguir fundir el material de trabajo para llevar a cabo la
fabricación de manera aditiva. Adicionalmente, el formato más común de entrega de material
en esta tecnología es en forma de alambre en vez de emplear metal pulverizado.
78
Al igual que en el caso de la tecnología “IFF”, ésta es de desarrollo de una empresa en particular,
“Sciaky Inc.” [102]. A diferencia de “Honeywell”, ésta ha optado por comercializar una línea de
máquinas, haciendo que esta tecnología sea más relevante y esté más disponible para otras
empresas del sector – haciéndola más atractiva, superando los inconvenientes que presenta el
“IFF” en cuanto a este aspecto.
Según [103] y [104], esta tecnología presenta la gran ventaja sobre no solo las demás tecnologías
“DED”, sino sobre las demás tecnologías de fabricación aditiva –con alguna rara excepción– de
ser la que es capaz de fabricar las piezas de mayores dimensiones, en concreto piezas contenidas
en un volumen de 2,8 x 2,8 x 2,8 m3, con una envoltura nominal de fabricación de piezas de
dimensiones de 2,7 m x 1,2 m x 1,6 m. La Figura 2-41 muestra la cámara de construcción de una
de estas máquinas, ilustrando este concepto.
Figura 2-41: máquina de “EBDM”, mostrando su cámara de construcción de 22 m3.
Las máquinas de “EBDM” emplean un sistema de alimentación de material en alambre, único o
dual, facilitando así –en este último caso– el empleo de varios materiales en una misma pieza.
El caso de un solo alimentador se puede observar en la Figura 2-42. Así mismo, un vídeo
ilustrativo sobre este proceso se puede visualizar en [105].
Figura 2-42: sistema de alimentación único de alambre en una máquina “EBDM”.
79
Sin embargo, una de las grandes desventajas de esta tecnología es su pobre acabado superficial,
debido al empleo de alambres como método de entrega del material de trabajo, presentando a
su vez, una pobre resolución en los ejes X-Y. Esto conlleva a que se deba emplear más tiempo y
esfuerzo en el post-procesado para conseguir los acabados superficiales deseados. La Figura 243 muestra tres piezas diferentes fabricadas mediante esta tecnología, en ella se puede
comprobar los diferentes acabados superficiales en las diferentes etapas del proceso de
fabricación.
Figura 2-43: muestra de los diferentes acabados superficiales de piezas fabricadas mediante “EBDM”.
En esencia, esta tecnología de fabricación es más efectiva para la fabricación de piezas de
grandes dimensiones, donde la pobre resolución no es un problema debido a las dimensiones
características de la pieza.
En cuanto a los materiales que esta tecnología emplea, se encuentran la mayoría de los que las
demás tecnologías “DED” usan, con la adición de los metales refractarios debido a las altas
temperaturas que el haz de electrones le puede suministrar al material, superando los 2.000˚C.
En este sentido, según [104], una de estas máquinas es capaz de requerir desde los 42 a 60 kW
de energía para conseguir fabricar con estos materiales. El listado de materiales se presenta a
continuación, según [106] y [103]:








Aceros inoxidables y superaleaciones de acero como “Vascomax” y 15-5 PH
Aleaciones de cobalto
Aleaciones de níquel, Inconel
Aleaciones de cobre-níquel
Aleaciones de titanio
Aleaciones de aluminio, aluminuro de titanio (TiAl3)
Aleaciones de tántalo
Materiales compuestos de matriz metálica (incluyendo los de titanio)
Otro dato importante es la velocidad de construcción, mostrada también en [106]. Ésta varía de
material a material pero se pueden alcanzar velocidades de depositado de hasta los 4000 cm3/h.
Ésta es una de las velocidades mayores para cualquiera de las tecnologías de fabricación aditiva
que se han considerado de interés.
En resumen, esta tecnología es más relevante para fabricar piezas de grandes dimensiones,
como componentes estructurales, en tiempos reducidos. Los sobreesfuerzos necesarios de postprocesado y demandas de energía elevados son aceptables si se considera que ésta es la única
80
tecnología actualmente que permite fabricar de forma aditiva piezas tan grandes con los
materiales más exigentes para el sector.
2.3.3.4. Resumen: comparación entre las tecnologías “DED”.
Al igual que en apartado de las tecnologías de fusión en lecho de polvo, se ha optado por
presentar una tabla resumen (Tabla 2-4) que compara las tecnologías de depositado mediante
energía dirigida para facilitar la comprensión de los aspectos estudiados en este apartado.
81
Tecnología de
“DED”
Decisión
Formado por láser de
polvo (“LPF”)
Formación por fusión de
iones (“IFF”)
Fabricación directa
mediante haz de
electrones (“EBDM”)
Apto
Apto, con
consideraciones
Comentarios y consideraciones

Existen máquinas con cámara hermética o sin ellas,
empleando en su lugar un chorro de gas inerte que actúa
como capa protectora de contaminaciones durante el
proceso de fabricación.

Es el subgrupo tecnológico más empleado para la reparación
de piezas dañadas o deterioradas (“laser cladding”).

Velocidades de depositado muy superiores, consiguiéndose
tiempos de fabricación altamente satisfactorios en
comparación con las demás tecnologías.

Relativamente más lento que las demás tecnologías de
“DED”, velocidades de depositado y construcción
significativamente menores.

Si se emplea el material de trabajo en forma de alambre, se
requiere un esfuerzo mayor de post-procesado ya que el
acabado superficial suele ser peor que los que emplea el
material en polvo.

Tecnología exclusiva de una sola empresa, poca
disponibilidad. No comercializa la máquinas; secretismo.

Tamaño de piezas fabricadas suele ser menor que en las
otras tres tecnologías de este subgrupo.

También se puede emplear para el “laser cladding”, aunque
su uso no es tan extendido como en el caso del “LPF”.

No es posible que esta tecnología actúe sin cámara hermética
como es el caso del “LPF”; es necesario crear el vacío en ella.

Consumo elevado de energía para el haz de electrones: de
entre 42 a 60 kW.

Sólo emplea material suministrado en forma de alambre. Baja
resolución en los ejes X-Y y pobre acabados superficiales. Se
necesita post-procesado exhaustivo para conseguir acabados
aceptables.

Permite la fabricación de piezas de dimensiones muy
elevadas, el mejor de las tres tecnologías “DED” y entre las
mejores de todas las tecnologías de AM.

Las velocidades de construcción son las mayores de todas las
tecnologías estudiadas consideradas de interés, pudiéndose
llegar hasta los 4000 cm3/h para materiales como el titanio.
Apto
Tabla 2-4: resumen y comparación de las diferentes tecnologías “DED”.
82
2.4. Otras tecnologías de AM.
El apartado anterior se ha encargado de presentar en más detalle aquellas tecnologías de
fabricación aditiva que son relevantes para los objetivos de este Proyecto, es decir, aquellas que
por su proceso o por los materiales empleados pudieran ser de utilidad para la fabricación de
piezas o componentes de uso en el sector aeronáutico o espacial, a priori. Sin embargo, como
se pudo comprobar en el apartado de la clasificación por procesos de las tecnologías de AM y
de su desglose según su importancia (apartado 2.3), existen otras que no han sido incluidas pero
que igualmente podrían tener alguna relevancia en el sector bajo estudio en el futuro o su
mención aquí podría simplemente satisfacer los objetivos secundarios de este Proyecto.
En otras palabras, junto con las tecnologías que se han presentado en la sección anterior, las
presentadas aquí estarán encaminadas a ser útiles para los propósitos del capítulo cuatro de
este Proyecto. Sin embargo, dada su menor importancia relativa, no se profundizará en el mismo
grado que en las de la sección anterior.
Como se estableció en la sección anterior, dichas tecnologías son las siguientes, que se
desarrollarán a continuación:





Los procesos de fotopolimerización
Los procesos de extrusión
Los procesos de laminado de chapas
Los procesos de impresión con inyección de material
Los procesos de impresión con inyección de aglutinante
Sólo se realizará el desglose de los subgrupos tecnológicos en aquellas donde su relevancia esté
justificada, bien por su importancia histórica o por su extensión dentro del sector de la
fabricación aditiva, o bien para determinar su posible interés en el sector aeroespacial.
2.4.1. Procesos de fotopolimerización.
Una de las primeras tecnologías de fabricación aditiva desarrolladas, los procesos de
fotopolimerización fueron los pioneros de este sector tecnológico y dieron lugar al desarrollo
posterior de las demás tecnologías, en su mayoría. Lo que se conoció como estereolitografía,
uno de los primeros procesos de fabricación aditiva, no fue más que un proceso de
fotopolimerización. Este grupo tecnológico ha seguido avanzando y desarrollándose a través de
las décadas y ha resultado ser un referente en cuanto a piezas fabricadas de ceras y resinas
fotocurables debido a los rápidos tiempos de fabricación, excelentes resoluciones en todos los
ejes y diversidad y disponibilidad amplia de máquinas de esta tecnología, abaratándola y
haciéndola asequible para muchas empresas.
Este apartado se centrará en dos subgrupos tecnológicos referencia de la fotopolimerización, la
estereolitografía tradicional y el procesado digital de luz.
83
2.4.1.1. Estereolitografía (“Stereolithography”).
La estereolitografía (también conocida por sus siglas “SLA”) emplea un solo láser de luz
ultravioleta que trazará la geometría de cada capa en la resina fotocurable, formándola por
capas. Según [107], aunque esta tecnología presenta excelentes resoluciones (con espesores de
capa de hasta los 30 µm), piezas de tamaños reducidos, de aproximadamente un puño, pueden
tardar hasta 24 horas en ser fabricadas por esta tecnología. La Figura 2-44 muestra
ilustrativamente el proceso de “SLA”, mientras que la Figura 2-45 muestra una máquina “SLA”.
Figura 2-44: ilustración del proceso de “SLA”.
Figura 2-45: Máquina de “SLA”.
Así mismo, piezas y modelos fabricados mediante esta tecnología no suelen mostrar capas
visibles en la pieza final, a diferencia de las demás tecnologías de fabricación aditiva que
emplean resinas, tal como el modelado de depositado de fundidos o “FDM” (proceso de
extrusión).
Existen dos tipos de máquinas de “SLA”, aquellas que fabrican el modelo sacando la parte
fabricada fuera del contenedor lleno de la resina líquida progresivamente (es decir, las capas
nuevas se van agregando hacia la base del modelo), o de manera inversa, sumergiendo el
modelo en el tanque y agregando las capas superiores. Ambos métodos requieren de
84
estructuras de soporte para elementos geométricos que sobresalgan – dichas estructuras suelen
ser columnas conectadas a la plataforma de la máquina, con un diámetro mayor en la base y
con el mínimo diámetro posible en su contacto con el modelo, para así facilitar su extracción.
Los materiales empleados por esta tecnología son puramente fotopolímeros. Con el desarrollo
de la tecnología, se ha llegado a conseguir materiales fotopoliméricos con propiedades
prácticamente idénticas al ABS, polipropileno y cera, aunque el mayor inconveniente que posee
esta tecnología es la fragilidad que las piezas adquieren durante su vida útil tras la exposición
continuada a la luz, llegando a aparecer grietas en las piezas que eventualmente llevan a su fallo.
A pesar de ello, se pueden conseguir propiedades como resistencia al agua, flexibilidad,
durabilidad, rigidez, opacidad y transparencia, resistencia térmica y resistencia a golpes.
Obviamente, sólo se puede emplear un tipo de material a la vez.
El post-procesado típico que se lleva a cabo conlleva operaciones de eliminación de los soportes
(normalmente mediante métodos manuales ya que suelen ser bastante endebles), la
eliminación de resina adicional que se ha curado de manera inintencionada mediante soluciones
apropiadas, y mejorar el acabado superficial mediante el limado o el empleo de papel de lija. Sin
embargo, esta última operación se suele dejar para después del endurecimiento de la pieza que
se lleva a cabo sometiéndola a una exposición de luz ultravioleta una vez extraída.
La Figura 2-46 muestra algunas piezas que se pueden fabricar mediante esta tecnología. Nótese
el fino acabado y la alta resolución de los detalles.
Figura 2-46: muestrario de objetos fabricados mediante la tecnología “SLA”.
2.4.1.2. Procesado digital de luz (“Digital Light Processing”).
Virtualmente idéntico a los procesos de “SLA”, el procesado digital de luz o “DLP” se diferencia
mediante la forma en la que las capas se crean. La Figura 2-47 muestra esta diferencia: el uso de
un proyector en vez de un láser de luz ultravioleta. Básicamente, según [108], la geometría de
cada capa se proyecta en su totalidad sobre la solución fotopolimérica, endureciendo y
consiguiendo así fabricar una capa entera a la vez. Como es de esperar, la mayor ventaja del
85
empleo de esta tecnología es su reducido tiempo de fabricación con respecto a la “SLA”
tradicional.
Figura 2-47: esquema ilustrativo de la tecnología “DLP”.
Todos los demás aspectos sobre materiales empleados, los métodos de construcción y el postprocesado de esta tecnología se comparte con el estudiado para la tecnología “SLA”. A
continuación se presenta la Figura 2-48 y 2-49, donde se muestra una selección de máquinas de
“DLP” y un muestrario de las piezas fabricadas mediante esta tecnología, respectivamente.
Figura 2-48: máquinas que emplean la tecnología “DLP”.
Figura 2-49: muestrario de modelos creados mediante la tecnología “DLP”.
86
2.4.2. Procesos de extrusión.
Los procesos de extrusión actualmente son una de las tecnologías de fabricación aditiva que más
calado han tenido tanto en la industria como en la sociedad. Su volumen de ventas y la gran
variedad de máquinas que emplean esta tecnología superan con creces todas las demás que se
han estudiado, en especial por sus bajos precios y la relativa calidad que se obtiene con respecto
a éstos, además del gran surtido de materiales disponibles. Con esta tecnología, se encuentran
máquinas “de escritorio”, asequibles para la gran mayoría de particulares para realizar
impresiones 3D en casa, hasta máquinas altamente profesionales que pueden construir edificios
o piezas en termoplásticos de altísima calidad.
Aunque existen muchos subgrupos tecnológicos, los más importantes que se estudiarán a
continuación serán los de “Fused Deposition Modelling”9 y “Contour Crafting”.
2.4.2.1. Modelado mediante depositado de fundidos (“Fused
Deposition Modelling”).
También abreviado como “FDM” o “FFF” (“Fused Filament Fabrication”, fabricación mediante
filamentos fundidos), esta tecnología de fabricación aditiva presenta una gran variedad de
máquinas y un gran rango de aplicaciones, materiales y calidades de la pieza final. Para recordar,
la Figura 2-50 muestra el proceso genérico.
Figura 2-50: ilustración del proceso de “FDM”.
Según [109], el proceso de “FDM” puede ilustrarse a grandes rasgos como “construir o dibujar
una pieza con una pistola de pegamento termofusible muy precisa”. La calidad depende en gran
medida del espesor de las capas en esta tecnología, que puede llegar a estar en el rango desde
9
También escrito como “Fused Deposition Modeling” (con una sola “l”), escritura más común en el inglés
americano.
87
los 75 hasta los 300 µm. Las velocidades de construcción están en torno a los 24 cm3/h mientras
que el tamaño máximo de las piezas está en torno a los 0,125 x 0,125 x 0,165 m3.
En cuanto a materiales empleados, éstos se le suelen suministrar a la máquina en forma de
filamentos enrollados en bobinas. Dichos materiales suelen ser principalmente termoplásticos
como el ABS, PLA y PC (policarbonato), aunque también se suelen emplear materiales como el
PVA (alcohol polivinilo) para las estructuras de soporte que se han de construir si la geometría
de la pieza lo requiere, especialmente empleado por su fácil solubilidad. Sin embargo, un gran
rango de nuevos materiales se están empezando a emplear, incluyendo mezclas exóticas de
madera y piedra o filamentos con características como el caucho o la goma – los fabricantes
siguen desarrollando este aspecto de materiales noveles continuamente. Sin embargo, además
de esto, máquinas más profesionales de “FDM” pueden llegar a emplear y fabricar piezas con
termoplásticos de las más altas exigencias de cualquier sector, imbuyendo sus materiales con
propiedades como la resistencia al fuego o altas resistencias mecánicas.
Es de importancia notar que de todos los procesos de fabricación aditiva, esta tecnología posee
los materiales menos costosos y más variados para su empleo.
La gran variedad de máquinas de esta tecnología se muestra en la Figura 2-51. A la izquierda, se
muestra una máquina poco costosa dirigida al uso doméstico, mientras que a la derecha se
muestra una máquina más profesional, dirigida a fabricar piezas de termoplásticos para modelos
avanzados o piezas de producción final.
Figura 2-51: máquina de “FDM” de uso doméstico (izq.) y máquina de “FDM” de uso profesional (der.).
Como curiosidad, esta tecnología ha sido y está siendo empleada por empresas e instituciones
aeroespaciales para fabricar piezas de alta calidad de termoplásticos para modelos de nuevos
diseños de aeronaves o para reproducir piezas a bajo coste para ayudar en el entrenamiento del
personal de mantenimiento de UAVs, como se muestra en [110] y [111], respectivamente. Es de
esperar que se emplee para fabricar piezas de materiales termoplásticos para uso aeroespacial
altamente complejos e individualizados una vez que se obtengan las certificaciones
correspondientes de las autoridades aeronáuticas internacionales.
En cuanto a procesos de post-procesado, éstos incluyen la eliminación de estructuras de soporte
y el limado o lijado para eliminar las asperezas que pueda presentar la pieza. También es común
aplicarle a la pieza fabricada un baño de vapor de acetona, especialmente para eliminar de la
superficie de la pieza el aspecto de las capas, como se puede apreciar en la Figura 2-52.
88
Figura 2-52: aplicación del tratamiento mediante baño en vapor de acetona para eliminar las marcas de las capas
de la superficie de una pieza fabricada mediante “FDM”.
La Figura 2-53 muestra piezas fabricadas mediante “FDM” para aplicaciones aeronáuticas
mencionadas en los párrafos anteriores, mostrando un posible interés para el sector estudiado.
Figura 2-53: piezas fabricadas mediante “FDM” para un modelo de aeronave en fase de diseño de la NASA.
2.4.2.2. Elaboración de contornos (“Contour Crafting”).
Esta tecnología en particular se menciona aquí debido a sus aplicaciones noveles y a la escala de
ésta, ya que se emplea para la fabricación de edificios. Técnicamente la elaboración de
contornos o “CC” sigue siendo una tecnología de fabricación aditiva, ya que encaja en todas sus
definiciones, además de ser un proceso de extrusión. La Figura 2-54 muestra el uso de esta
tecnología para la fabricación de un edificio.
Figura 2-54: empleo de la tecnología “CC” para la construcción de un edificio.
89
Aunque actualmente no posee un interés directo para el sector aeroespacial, el empleo de
tecnologías como éstas podría volverse relevante para la fabricación de edificios de
infraestructura aeroportuaria o espacial, como la fabricación automatizada de colonias
extraterrestres.
Los materiales empleados pueden variar desde cerámicas hasta hormigón u hormigón reforzado
con fibras. Una ventaja de este proceso sobre los métodos tradicionales de ingeniería civil para
la construcción consiste en mejores acabados superficiales y la automatización del proceso.
Además de esto, según los autores de la tecnología, se puede llegar a emplear para la
construcción de viviendas sociales de bajo coste o para edificios en caso de emergencias o
catástrofes debido a su corto tiempo de fabricación.
Se puede consultar [112] y [113] para encontrar más información sobre este proceso, así como
visualizarlo en el vídeo que se encuentra en [114].
2.4.3. Procesos de laminado de chapas.
En cuanto a procesos de laminado de fabricación aditiva, aquí sólo se estudiarán las dos
subtecnologías más prevalentes en la industria, “Laminated Object Manufacturing” y “Ultrasonic
Additive Manufacturing” o “Ultrasonic Consolidation”.
2.4.3.1. Fabricación de objetos laminados (“Laminated Object
Manufacturing”).
Esta tecnología, teniendo en cuenta la descripción del proceso genérico, se emplea sobre todo
para crear objetos de láminas de papel o plásticos, aunque también se puede emplear para
láminas o chapas metálicas y cerámicas. Sin embargo, el empleo de estos dos últimos materiales
es muy poco frecuente y por lo tanto no se estudiará aquí. Las láminas poseen una capa de
adhesivo activado por calor adherida a la parte inferior que se calienta por la acción de un rulo
conforme la lámina se posiciona sobre la posición de corte por la máquina, permitiendo que
dicho adhesivo se adhiera a la capa anterior que se encuentra justo por debajo de ésta. Una vez
ahí, un láser o un cuchillo especial es el encargado de trazar la geometría de la capa en cuestión.
La Figura 2-55 muestra esquemáticamente dicho proceso.
Esta tecnología fue desarrollada por la empresa “Helisys Inc.” [115]. Aunque entre sus grandes
ventajas se encuentran los bajos costes de operación, debido principalmente a los bajos costes
de la materia prima, posee ciertas desventajas que hacen que esta tecnología no sea tan
prevalente o extendida como otras estudiadas anteriormente para las mismas aplicaciones.
Dichas desventajas, según [116] y [117], son esencialmente las referentes a las propiedades del
material de las piezas obtenidas y a la baja precisión geométrica inherente a la tecnología, por
lo que el empleo de ésta se suele reducir a producir modelos para prototipos o, con los
90
materiales adecuados, producir moldes para otros procesos de fabricación tradicionales. Sin
embargo, posee ciertas ventajas –aparte de la ya señalada de bajo coste– que puede hacer que
esta tecnología sea empleada en vez de otras más comunes para ciertos casos concretos. En
especial, ya que no se llevan a cabo reacciones químicas para la construcción de la pieza, se
pueden fabricar modelos de mayores dimensiones que otras tecnologías similares, como
pueden ser la “SLA” o “SLS”. Adicionalmente, se requieren pocas operaciones de post-procesado
en comparación con otras tecnologías, aunque esto dependerá del material empleado y de si se
han usado estructuras de soporte. Usualmente, como se puede ver en la Figura 2-55, el material
de soporte suele ser troceado por la máquina para facilitar su extracción durante el postprocesado.
Figura 2-55: ilustración esquemática detallada del proceso de una máquina de “LOM”.
El material más empleado para esta tecnología es el papel. Como se mencionó, dicho papel
tendrá una capa de adhesivo activado por calor en su cara inferior pero en cuanto a otros
factores sigue siendo papel corriente a todos los efectos antes de ser procesado por la máquina.
Esto permite que sobre dicho papel se puedan imprimir colores o diseños antes de ser
empleados por la máquina con impresoras tradicionales. Sin embargo, una vez procesado, la
pieza resultante posee características similares a la madera, por lo que puede recibir
tratamientos y post-procesados típicos de este material.
La Figura 2-56 muestra una máquina de “LOM”.
Figura 2-56: máquina de “LOM”.
91
La referencia [118] muestra una lista de características típicas de las máquinas “LOM”:






Tamaño máximo del papel: 820 x 560 x 510 mm
Tamaño mínimo de detalles en ejes X-Y: 0,2 mm
Altura mínima de la capa (resolución eje Z): 0,05 mm
Tolerancia: 0,1 mm
Acabado: áspero
Velocidad de construcción del modelo: rápida
La Figura 2-57 muestra tres piezas fabricadas mediante la tecnología “LOM” empleando papel
como materia prima. Como se puede observar, una vez fabricadas las piezas, se pueden aplicar
barnices u otros tratamientos típicos de la madera.
Figura 2-57: muestrario de tres piezas fabricadas de papel mediante la tecnología “LOM”.
2.4.3.2. Consolidación ultrasónica (“Ultrasonic Consolidation”).
Para esta tecnología en concreto, existe un cierto debate sobre si se debe considerar una
tecnología de fabricación aditiva pura. Esto es debido a que las máquinas de consolidación
ultrasónica emplean dos fases bien distinguidas para llevar a cabo la fabricación de cada capa.
En primer lugar, utilizan un proceso de soldadura conocido como soldadura ultrasónica [119]
para llevar a cabo la unión entre las láminas de cada capa y entre ellas, mientras que
posteriormente, una vez completada dicha operación, se emplea un proceso de fresado de
control numérico para delimitar y plasmar la geometría de dicha capa. Todo esto se lleva a cabo
92
dentro de la misma máquina y se puede visualizar en la Figura 2-58. Así mismo, la Figura 2-59
muestra una máquina de “UC”.
Figura 2-58: las dos fases de la consolidación ultrasónica: (izq.) soldadura ultrasónica; (der.) fresado.
Figura 2-59: máquina de consolidación ultrasónica.
Es por este motivo que muchos autores y expertos del sector consideran que esta tecnología
en realidad es un híbrido ya que emplea un método de fabricación tradicional como parte del
proceso de fabricación. Sin embargo, el hecho de que la construcción de la pieza se lleve a cabo
de manera aditiva, capa por capa, y que su proceso caiga en mayor parte dentro de las
definiciones de la fabricación aditiva, hace que no existan motivos para no considerar ésta una
tecnología de AM. Es por esto que no existe un consenso claro sobre la clasificación exacta de
esta tecnología.
En cuanto a materiales que se pueden emplear en estas máquinas, según [120], éstos incluyen
metales como:




Níquel y sus aleaciones
Titanio y sus aleaciones
Cobre y sus aleaciones
Molibdeno y sus aleaciones
93




Tántalo y sus aleaciones
Plata
Acero y acero inoxidable
Aleaciones de aluminio
Una de las ventajas de esta tecnología consiste en poder mezclar e intercambiar láminas de
diferentes metales durante el proceso de fabricación, creando así materiales nuevos con
propiedades personalizables. Así mismo, este proceso permite integrar láminas metálicas
prefabricadas (por ejemplo, circuitos integrados) en el interior de cavidades que resultarán
selladas durante la fabricación, creando así los denominados “materiales inteligentes” con
sensores integrados que pueden presentar multitud de aplicaciones y usos.
Debido a las características de este proceso, las piezas fabricadas presentan propiedades
similares a las obtenidas mediante el fresado y mecanizado de un bloque metálico sólido
inicialmente, con las ventajas adicionales que presenta el proceso aditivo, como son geometrías
complejas, tiempos relativos de fabricación más cortos y la opción de crear materiales
compuestos metálicos mezclando láminas, que se pueden unir mediante la soldadura
ultrasónica.
Esta tecnología, por lo tanto, presenta un cierto interés para ciertos sectores, el aeroespacial
incluido. Aunque la tecnología en sí no es relativamente novel, no ha sido hasta hace poco que
su uso en la fabricación aditiva se ha empezado a tomar en serio. Desarrollada como tal en el
año 1999 por Dawn White, que posteriormente fundaría la empresa “Solidica Inc.” [121],
actualmente ésta encabeza el grupo de las dos empresas “DuraTi” y “Fabrisonic” [122], la última
siendo la que se encarga de comercializar y desarrollar las máquinas y tecnología de “UC”.
Ofrecen un amplio abanico de máquinas, en las que resaltan su precisión, posibilidad de fabricar
piezas con detalles minúsculos y geometrías complejas (por ejemplo, creando canales de
refrigeración de 0,76 x 0,15 mm2 en el interior de piezas de aluminio de grado aeroespacial
[123]), o la posibilidad de crear materiales metálicos a medida y materiales compuestos de
matriz metálica con fibras cerámicas, todo durante el mismo proceso de fabricación. Una de las
grandes ventajas de esta tecnología es que se produce la unión entre capas metálicas a baja
temperatura, sin reacciones químicas, por lo que no se forman intermetálicos ni otros
compuestos como óxidos durante el proceso de soldadura. Así mismo, el material resultante no
sufre de deformaciones por tensiones térmicas residuales, por lo que no se tendrá que someter
a post-procesados intensivos para paliar dichos efectos.
En cuanto a materiales gradados o compuestos, según [124], se ha tenido éxito probado
creando uniones entre pares de metales como Al/Cu, Al/Fe, Al/Ti, Ta/Fe, Ag/Au o Ni/Acero
inoxidable, además de otros pares que se pueden observar en la Figura 2-60. Así mismo, la Figura
2-61 muestra imágenes detalladas a pequeña escala de la unión mediante soldadura ultrasónica
de algunos materiales. Para el sector aeroespacial, esto permitiría la fabricación de piezas
geométricamente complejas y altamente personalizables para componentes críticos, diseñando
el material para responder a las exigencias a la cual será sometida dicha pieza, que puede ser
variable según el modelo, cada aeronave fabricada o simplemente según cada situación de vuelo
para una misma aeronave.
94
Figura 2-60: pares de metales y aleaciones compatibles para ser unidos en el proceso de “UC”.
Figura 2-61: detalles de algunos pares metálicos unidos mediante soldadura ultrasónica.
En cuanto a detalles generales sobre la fabricación mediante esta tecnología, actualmente,
empleando la máquina de mayores dimensiones, se pueden fabricar piezas de hasta 1,83 x 1,83
x 0,91 m3; las velocidades típicas de fabricación mediante esta tecnología están comprendidas
entre los 246 y los 492 cm3/h [125], las cuales son muy superiores a las velocidades medias de
otras tecnologías de fabricación aditiva que fabrican metales ya estudiadas. Sin embargo, las
dimensiones de las piezas están un tanto limitadas y este aspecto no destaca en comparación
con otras tecnologías de AM metálicas, aunque tampoco se queda atrás.
Algunas piezas del sector aeronáutico finales fabricadas mediante esta tecnologías se pueden
apreciar en la Figura 2-62. En ella, algunas piezas han sido reforzadas mediante el empleo de
materiales metálicos gradados.
Como se ha podido comprobar, un subgrupo tecnológico de una tecnología a priori no
considerada “de interés” ha resultado serlo, por lo que se incluirá en el estudio como tal. Un
vídeo informativo sobre esta tecnología se puede visualizar en [126].
95
Figura 2-62: muestrario de piezas aeroespaciales fabricadas mediante la tecnología “UC”.
2.4.4. Procesos de impresión.
Dentro de este apartado se estudiarán con un poco más de profundidad tanto los procesos de
impresión con inyección de material como los de inyección de aglutinante, indagando en si
poseen alguna posibilidad de aplicación desde el punto de vista técnico para el sector
aeroespacial.
Dentro del sector de la fabricación aditiva, los procesos de impresión son una de las tecnologías
más “corrientes” o “comunes” (es decir, de gran calado social) actualmente cuando se habla de
“impresión 3D”. El empleo de esta tecnología, en su mayor parte, está enfocada a la creación de
modelos y objetos para uso como prototipos de bajas prestaciones o para uso doméstico, al
igual que los procesos de impresión con inyección de aglutinante. Su finalidad no es la de
suministrar a la industria especializada con un método de fabricación, sino hacer llegar a los
hogares y a las pequeñas empresas esta tecnología de tal forma que sea asequible y rentable
para los mismos, para que puedan fabricar sus propios diseños personalizados o modelos, con
escaso valor comercial, de aplicación o industrial. Obviamente, la calidad de las piezas fabricadas
y los materiales empleados no corresponden a lo que se esperaría de una pieza de producción
final, aunque esta tecnología sigue avanzando hacia materiales más duraderos y resistentes o
con propiedades cada vez más noveles que pueden dar a estas tecnologías un papel más notorio
en el sector industrial en un futuro. De hecho, ya hay algunos sectores especializados que
empiezan a emplearlos, como son el sector biomédico y dental [127].
2.4.4.1. Procesos de inyección de material.
Partiendo de lo estudiado en la descripción genérica del proceso, los procesos de impresión con
inyección de material (también conocidos como “MJ”, “ProJet” o “PolyJet” por sus nombres
comerciales) son los que más tienen en común con la tecnología de impresión con inyección de
tinta tan común actualmente. En concreto, según [128], la mayoría de las máquinas empleadas
actualmente usan como material de trabajo resinas fotocurables en estado líquido contenidas
en un cartucho o cabezal similar a los de tinta, que suministran gotas de material a través de los
96
inyectores. A su vez, durante su movimiento, una fuente de luz ultravioleta que rodea al
cartucho (o a su montura) hace que se cure la resina conforme se va depositando, solidificándola
y uniéndola al material ya existente. Este proceso se puede visualizar en la Figura 2-63; la Figura
2-64 muestra una selección de cabezales de diferentes tipos de foto-resinas intercambiables
para varios modelos de impresoras 3D pertenecientes a esta tecnología.
Figura 2-63: luz UV en un cabezal de impresión curando la foto-resina a la vez que la deposita.
Figura 2-64: diferentes cabezales de foto-resinas para impresoras 3D pertenecientes a la tecnología de “MJ”.
Como ya se explicó en la descripción genérica, una de las ventajas de esta tecnología es la
posibilidad de combinar diferentes materiales (fotopolímeros) a la vez para fabricar una misma
pieza, empleando varios cabezales o cartuchos de material. Aunque con la combinación se
pueden conseguir materiales con propiedades similares a otros polímeros, aún sufren del
problema de las resinas fotocurables ya estudiado, es decir, con la exposición continuada a la
luz, con el tiempo, sus propiedades mecánicas y materiales se degradan, dando lugar a la
aparición de grietas en la superficie que pueden dañar o impedir el uso de la pieza. Actualmente,
se pueden conseguir, mediante el fraccionamiento y mezcla adecuada de diferentes
fotopolímeros durante el proceso de fabricación, materiales con propiedades idénticas o
similares a elastómeros, cauchos, gomas u otros polímeros de producción como el ABS [129]. Es
decir, se pueden conseguir materiales con propiedades mecánicamente resistentes, resistencia
a ambientes corrosivos o a altas temperaturas, transparencia, opacidad, colores, etc., todo ello
comparado relativamente con otros materiales poliméricos.
Las siguientes figuras, Figura 2-65 y Figura 2-66, muestran una selección de impresoras que
emplean esta tecnología y un muestrario de piezas fabricadas mediante ella, respectivamente.
97
Figura 2-65: Dos ejemplos de máquinas de AM que emplean la tecnología de impresión con inyección de material.
Figura 2-66: muestrario de objetos fabricados mediante la tecnología de impresión con inyección de material.
Otra ventaja adicional del uso de varios materiales es el empleo y construcción de estructuras
de soporte a la vez que se construye la pieza para que sean fáciles de extraer y eliminar,
normalmente solubles en agua. A su vez, empleando varios materiales, se pueden conseguir
piezas que, por ejemplo, tengan elementos con unas propiedades diferentes a las de otras, sin
tener que fabricarlas por separado y luego ensamblarlas, ahorrando en tiempo y costes de postprocesado. Así mismo, normalmente las dimensiones de las máquinas permiten la construcción
de varias piezas a la vez, acelerando de esta manera los tiempos de producción.
En cuanto a algunas especificaciones, con esta tecnología se ha de mencionar que se pueden
conseguir resoluciones bastante buenas. Los espesores de capa (resolución en el eje Z) se
pueden reducir hasta los 16 µm en las mejores máquinas, mientras que las piezas suelen estar
listas para su uso tras eliminar los soportes empleando agua, evitando así la necesidad de
procesos de post-procesado largos o costosos. El aspecto escalonado frecuente en otras
tecnologías de fabricación aditiva empleando polímeros como las presentes en el “FDM” no es
prevalente empleando esta tecnología.
Por último, aunque las máquinas de inyección de material son unas de las más extendidas
actualmente en el mercado, ofreciendo incontables modelos y fabricantes de las mismas,
adecuadas a todos los poderes adquisitivos y a amplios sectores potenciales, la balanza se inclina
hacia el uso para el modelado de prototipos y el uso doméstico, con algunas aplicaciones
incipientes en el sector biomédico. En ningún caso por los materiales empleados se puede
considerar esta tecnología, en su estado actual, como de interés para el sector aeroespacial.
98
2.4.4.2. Procesos de inyección de aglutinante.
Como se pudo comprobar, el proceso de impresión mediante inyección de aglutinante es muy
similar a los procesos de fusión o sinterización en lecho de polvo, compartiendo algunos de los
aspectos constructivos con estas máquinas. Sin embargo, la diferencia fundamental entre ellas
es que en esta tecnología, también conocida como de lecho de polvo (“Powder Bed”), “Inkjet
Powder Printing” o “Inkjet Head 3D Printing”, la máquina emplea un cabezal que deposita sobre
un lecho de polvo un aglutinante líquido que servirá para adherir el polvo de tal manera que se
forme la geometría de cada capa de la pieza.
A diferencia de las demás tecnologías de impresión, como ya se estudió durante la descripción
genérica de esta tecnología, ésta permite el empleo de múltiples tipos de materiales en forma
de polvo o compactados no disponibles para la mayoría de las otras tecnologías, que suelen
verse limitadas a un solo tipo de material (polímeros, metales, etc.). Al igual que en el caso de
las tecnologías de sinterizado selectivo por láser (“SLS”), las máquinas de impresión mediante
inyección de aglutinante permiten el empleo y construcción de piezas empleando materiales
poliméricos, cerámicos y metálicos, aunque no consiguen propiedades aceptables empleando
cerámicos o metales sin varios procesos intensivos de post-procesado, por lo que el empleo de
éstos materiales con esta tecnología suele estar menos extendido. La Figura 2-67 muestra dos
máquinas de impresión mediante inyección de aglutinante, mientras que la Figura 2-68 muestra
detalladamente el proceso.
Figura 2-67: máquinas de impresión mediante inyección de aglutinante.
99
Figura 2-68: ilustración detallada del proceso de impresión mediante inyección de aglutinante.
En cuanto al uso de termoplásticos, esta tecnología presenta la ventaja de ser más fácil de usar,
asequible y rápida que la tecnología de sinterizado selectivo por láser (“SLS”) empleando el
mismo material, aunque la calidad de las piezas se puede considerar inferior a ésta y, por lo
tanto, no de interés para el objetivo principal del Proyecto en cuanto a polímeros.
Sin embargo, existen empresas especializadas que en vez de comercializar las máquinas de esta
tecnología directamente, ofrecen sus servicios de construcción y post-procesado a otras
empresas para así asumir y realizar las complicadas operaciones de post-procesado que se
requieren para los materiales más trabajosos (metales y cerámicas), en los cuales se centrará el
estudio de esta tecnología a continuación para determinar su posible utilidad.
En cuanto a materiales metálicos, según [130], el polvo se aglutina mediante el adhesivo líquido
que la máquina emplea al igual que al fabricar una pieza de cualquier otro material. Una vez
secado y el primer proceso en el interior de la máquina se ha completado, se obtiene una pieza
unida pero con unas propiedades mecánicas muy pobres ya que el polvo metálico se encuentra
unido débilmente mediante dicho adhesivo. A su vez, el interior de la pieza presenta un alto
grado de porosidad, mucho más alto que el encontrado en otros procesos similares como son
los de fusión (o sinterización) en lecho de polvo. Para paliar esto, se emplean dos procesos
posteriores que pueden llevar hasta un día o dos de duración.
El primero consiste en introducir la pieza metálica en un horno que se ajusta a una temperatura
para fomentar la sinterización entre las piezas metálicas, evaporando y eliminando a su vez el
adhesivo que mantenía a la pieza unida. Con esto se consigue una pieza con una porosidad en
torno al 60% en volumen.
El segundo y último paso consiste en disminuir dicha porosidad de la pieza mediante el proceso
térmico conocido como infiltración. Normalmente se emplea bronce como material infiltrado
que, una vez introducido en un horno junto con la pieza, ocupa el lugar de la mayoría de los
poros, reduciendo su porosidad de manera considerable. Sin embargo, las propiedades
mecánicas nunca serán comparables a las de piezas metálicas completamente densas que se
pueden obtener mediante otras tecnologías de fabricación aditiva estudiadas.
Para materiales cerámicos, incluyendo vidrios y arenas para su uso como moldes en procesos
de fundición, se sigue el mismo proceso que en el caso de los metales, salvo la infiltración.
100
Empresas como “ExOne” [130] ofrecen servicios integrales de fabricación y de dichos postprocesados a sus clientes, facilitando así a empresas la fabricación de piezas mediante esta
tecnología.
A continuación se muestran algunos ejemplos de piezas fabricadas mediante esta tecnología,
Figura 2-69.
Figura 2-69: muestrario de piezas fabricadas mediante metales y cerámicas mediante la tecnología de inyección de
aglutinante.
Algunas características de interés sobre esta tecnología se pueden encontrar en [131], entre los
que cabe destacar las dimensiones máximas de las piezas, en torno a los 0,78 x 0,40 x 0,40 m3 y,
en especial, velocidades de impresión máximas de hasta 12.000 cm3/h (200 cm3/min) para los
modelos con 100 inyectores en un mismo cabezal, siendo ésta la mayor velocidad de
construcción de cualquiera de las tecnologías estudiadas. Obviamente, este valor tan elevado es
para un modelo de máquina en concreto, y a éste hay que añadirle los tiempos adicionales de
post-procesado necesarios, especialmente longevos en esta tecnología, para obtener piezas con
propiedades aceptables. Sin embargo, [132] muestra que existen máquinas de escalas mayores
para fabricar objetos del tamaño de habitaciones, requiriendo bastante trabajo manual para
retirar el polvo sobrante e introducirlo en primer lugar.
Al igual que en otros procesos similares que emplean un lecho de polvo, no son necesarios
estructuras de soporte para mantener la integridad estructural de la pieza durante el proceso
de construcción en el interior de la máquina.
En conclusión, a pesar de poder disponer de un amplio abanico de materiales para su uso
empleando esta tecnología de fabricación aditiva, tras el estudio realizado se ha determinado
que por razones de no cumplir los requisitos técnicos para fabricar piezas que cumplan los
estándares mínimos para el sector aeroespacial esta tecnología no puede ser considerada como
“de interés”.
101
2.5. Consideraciones finales de AM.
Para finalizar este capítulo de introducción teórica, se ha estimado conveniente presentar unas
consideraciones finales sobre esta tecnología antes de pasar a los siguientes capítulos. En
concreto, se pretende resumir y presentar de una manera clara y directa los resultados del
estudio que se ha llevado a cabo en este capítulo en cuanto al objetivo principal de este Proyecto.
Es decir, qué tecnologías de fabricación aditiva pueden ser consideradas “de interés”, según
criterios técnicos, para el sector aeroespacial, y una breve comparación entre ellas. Sin embargo,
también caben unas reflexiones generales sobre las tecnologías de fabricación aditiva desde el
punto de vista de los materiales de interés para el sector aeroespacial.
2.5.1. Consideraciones de materiales en AM. El problema de los
cerámicos.
En este apartado se pretende reflexionar, según lo estudiado, sobre los materiales disponibles
actualmente para las tecnologías de fabricación aditiva y su relación con los materiales
empleados en el sector aeroespacial, poniendo especial énfasis en el problema que presenta no
disponer en la misma medida de tecnologías de fabricación aditiva que puedan emplear, como
lo hacen con otros, materiales cerámicos.
Tradicionalmente, se considera que los materiales que se emplean en el sector suelen estar bien
diferenciados en los tres grupos tradicionales: polímeros, cerámicas y metales. Sin embargo, el
sector aeroespacial es uno de los que se encuentran a la vanguardia de la ingeniería de
materiales y sus continuas necesidades límites suelen ser uno de los mayores impulsos para el
continuo avance y desarrollo de nuevos materiales. Entre ellos, los materiales compuestos se
consideran ya como un grupo necesario y casi “tradicional”, en especial los materiales
compuestos de matriz polimérica con fibras cerámicas, como es el caso de la fibra de carbono.
Sin embargo, no es raro encontrarse cada vez más con materiales compuestos de matriz
metálica (materiales de matriz de titanio, como los Ti MMC, TiAl MMC; de carburos de aluminioboro o carburos de aluminio-silicio), materiales metálicos gradados (como las combinaciones de
Al-Acero, Ta-Acero o Ti-Acero estudiadas en la consolidación ultrasónica) o las llamadas
“superaleaciones” (como las de Ni, Co y Ni-Fe); en esencia, combinaciones de materiales
metálicos que, en algunos casos, se hacen posibles gracias a la reciente llegada de las tecnologías
de fabricación aditiva.
De igual manera, los materiales compuestos de matriz cerámica y refuerzos metálicos
(“cermets”, como las formadas empleando óxido de berilio) son cada vez más comunes cuando
se estudian los componentes para altas exigencias térmicas, químicas y mecánicas para los
componentes críticos de los aerorreactores, consiguiendo materiales con mayor resistencia
térmica y con menor peso que con los materiales metálicos empleados actualmente.
102
Cuando se tienen en cuenta las tecnologías de fabricación aditiva estudiadas, hay una gran
cantidad de ellas que se emplean para la fabricación de piezas metálicas y poliméricas, de hecho,
se puede afirmar sin temor a equivocarse que la mayoría de las tecnologías empleadas
actualmente en la AM fabrican piezas empleando o bien materiales metálicos o poliméricos.
Sólo hay un pequeño porcentaje de tecnologías que son capaces de fabricar piezas empleando
materiales compuestos y, menor aún, cerámicos.
Tras un estudio más profundo, queda en evidencia que los materiales cerámicos presentan
ciertas dificultades inherentes que hacen que no se hayan desarrollado aún tecnologías de
fabricación aditiva que puedan emplearlos tan extendidamente como lo hacen actualmente las
tecnologías disponibles con los polímeros y metales, o que puedan competir con las tecnologías
de fabricación tradicionales para estos materiales. Los materiales cerámicos no se pueden
extruir; tampoco es práctico fundirlos, y mucho menos empleando un láser, razón por la cual la
mayoría de las tecnologías de AM estudiadas no pueden emplear materiales cerámicos como
material de trabajo. De hecho, los únicos casos en los que se pueden emplear algunos materiales
cerámicos son en los procesos que pueden construir las piezas a partir de la sinterización o
aglutinación de polvos o compactados cerámicos, como en el “SLS” o impresión mediante
inyección de aglutinante. Sin embargo, varios compuestos de matriz cerámica (“cermets”) se
pueden conseguir mediante algunas tecnologías de depositado mediante energía dirigida.
Sin embargo, es de interés saber que actualmente hay una gran variedad de líneas de
investigación abiertas en el sector de la fabricación aditiva enfocadas especialmente a
desarrollar máquinas y tecnologías que sean capaces de traer la fabricación de materiales
cerámicos a la misma altura que los demás materiales empleados en la AM. De especial interés
son algunas empresas que actualmente comercializan la fabricación de piezas cerámicas,
empleando técnicas de fabricación aditiva en mayor o menor medida (pero como parte
fundamental del proceso de fabricación), como la austriaca “Lithoz GmbH” [133] con su proceso
patentado “LCM” (“Lithography-based Ceramic Manufacturing”, fabricación de cerámicos
basado en la litografía). Como ya se estudió, la litografía es una tecnología de fabricación aditiva
mediante la fotopolimerización; de hecho, el uso de fotopolímeros para aglutinar y unir los
componentes cerámicos es un paso fundamental en este proceso de fabricación.
2.5.2. Listado de tecnologías de AM de interés.
Las tecnologías de fabricación aditiva que se han considerado “de interés” para el sector, por
presentar características técnicas favorables y acordes a lo esperado de piezas que actualmente
se fabrican para este sector (requerimientos mecánicos, materiales y de fabricación), incluida
tecnología que permite la fabricación de piezas para uso real y final en aeronaves o en prototipos
funcionales, tras lo estudiado en este capítulo, son las siguientes, clasificadas según los
materiales empleados:
103

Materiales termoplásticos, cerámicos y compuestos con matriz polimérica:
o
o

Procesos de fusión en lecho de polvo: sinterización selectiva por láser (“SLS”)
Procesos de extrusión: modelado por depositado de fundidos (“FDM”)
Materiales metálicos (y, en algunos casos, de materiales compuestos metálicos
gradados o compuestos de matriz metálica y “cermets”):
o
o
o
o
o
o
o
Procesos de fusión en lecho de polvo: sinterización directa de metales por láser
(“DMLS”)
Procesos de fusión en lecho de polvo: fundido selectivo por láser (“SLM”)
Procesos de fusión en lecho de polvo: fundido por rayo de electrones (“EBM”)
Procesos de depositado mediante energía dirigida: formado por láser de polvo
(“LPF”)
Procesos de depositado mediante energía dirigida: formación por fusión de
iones (“IFF”)
Procesos de depositado mediante energía dirigida: fabricación directa
mediante haz de electrones (“EBDM”)
Procesos de laminado de chapas: consolidación ultrasónica (“UC”)
2.5.3. Comparación entre las tecnologías de interés.
A continuación se presenta una tabla resumen con todas las tecnologías consideradas de interés
(Tabla 2-5), determinadas y estudiadas en este capítulo, donde se muestran algunas
características básicas. La tabla no pretende ser un sustituto de lo estudiado en este capítulo,
sino un simple resumen que se pueda consultar rápidamente para captar las ideas generales
que podrán ser expandidas o profundizadas yéndose al apartado o sección correspondiente de
este capítulo (consúltese el índice de contenidos).
La tabla agrupa las tecnologías de la misma manera que se llevó a cabo en el apartado anterior.
Se ha decidido emplear cuatro aspectos diferentes para realizar la comparación, cada uno
conteniendo una cualificación relativa (muy bajo a muy alto, junto con una ayuda visual
empleando un número de signos “+” de 1 a 5) a las demás tecnologías presentes en la tabla y, si
procede, valores concretos numéricos o un rango de éstos para tener conceptos en términos
absolutos. Dichos cuatro aspectos se detallan a continuación y se han escogido por englobar
parámetros que podrían ser de interés para potenciales casos de elección de estas tecnologías
según aspectos puramente técnicos.

Velocidades de impresión. Este aspecto intenta englobar de forma representativa el
tiempo empleado por las máquinas dentro de un mismo grupo tecnológico en fabricar
una pieza. Obviamente, variará de una máquina a otra, dependiendo del material
empleado y según la resolución que el usuario desee alcanzar.
104

Tamaño máximo de piezas. Al igual que el aspecto anterior, pretende englobar una
figura representativa del máximo tamaño de piezas promedio de las máquinas de una
misma tecnología que puede fabricar, es decir, se pretende dar un valor más o menos
acorde a las máquinas en su conjunto sin escoger, por ejemplo, el de un único modelo
excepcional.

Calidad de la pieza. Este aspecto pretende englobar todos los factores que influyen en
la calidad de la pieza final. Aquí se pretende englobar cualitativamente factores como
resoluciones de las máquinas y propiedades materiales (mecánicas, térmicas, acabados
superficiales, porosidad, etc.), todo ello después de llevar a cabo los post-procesados
pertinentes, obteniendo así la calidad máxima.

Cantidad de post-procesado necesario. Como el aspecto anterior, pretende englobar
un conjunto de factores que influyen en la cantidad de trabajo adicional que hay que
asignarle a cada pieza fabricada para obtener la máxima calidad posible. Aquí se
incluyen tratamientos térmicos para aliviar tensiones térmicas o para obtener
propiedades mecánicas más favorables, operaciones de extracción y limpieza de la pieza
(que a su vez reflejan la complejidad de añadir estructuras especiales de soporte o
anclaje), recubrimientos y tratamientos superficiales a la par que operaciones de
reinicio de la máquina para llevar a cabo la fabricación de otra pieza, como puede ser la
reintroducción del polvo sobrante y su filtrado en los procesos de fusión en lecho de
polvo. A su vez, se incluyen operaciones convencionales adicionales, como pueden ser
el fresado, taladrado, ensamblaje, etc. que puedan ser necesarios para obtener la pieza
final.
Adicionalmente, se incluye una última columna en la tabla de comentarios, donde se incluyen
aspectos destacables de la tecnología en cuestión, si los hubiera. En los casos en los que no se
rellena dicho campo, indica que posee propiedades o comentarios similares a las tecnologías del
mismo grupo.
La Tabla 2-5 se encuentra en la siguiente página.
105
Materiales
Polímeros,
cerámicos y
compuestos
de matriz
polimérica
Tecnología
Sinterización
selectiva por
láser (“SLS”)
Modelado por
depositado de
fundidos (“FDM”)
Sinterización
directa de
metales por láser
(“DMLS”)
Fundido selectivo
por láser (“SLM”)
Metales,
metales
gradados,
compuestos
metálicos y
“cermets”
Fundido por rayo
de electrones
(“EBM”)
Formado por
láser de polvo
(“LPF”)
Formación por
fusión de iones
(“IFF”)
Fabricación
directa mediante
haz de electrones
(“EBDM”)
Consolidación
ultrasónica
(“UC”)
Velocidades
de impresión
Tamaño
máximo de
piezas
+
(Muy baja)
++
(Bajo)
5-25 cm3/h
0,7x0,48x0,48 m3
++
(Baja)
+
(Muy bajo)
>24 cm3/h
0,13x0,13x0,17 m3
+
(Muy baja)
++
(Bajo)
7-26 cm3/h
<0,7x0,48x0,48 m3
+
(Muy baja)
++
(Bajo)
5-20 cm3/h
0,6x0,4x0,5 m3
++
(Baja)
+
(Muy bajo)
>20 cm3/h
0,35x0,35x0,38 m3
+++
(Media)
+++
(Medio-alto)
160-200 cm3/h
>1,2x1,2x1,6 m3
++++
(Media-alta)
+++
(Medio)
>200 cm3/h
1,2x1,2x1,6 m3
+++++
(Muy alta)
+++++
(Muy alto)
>4000 cm3/h
2,7x1,2x1,6 m3
++++
(Alta)
++++
(Alto)
240-492 cm3/h
1,83x1,83x0,91 m3
Calidad
de la
pieza
Cantidad de
postprocesado
necesario
++++
(Alta)
++++
(Alto)
++
(Baja)
+
(Muy bajo)
+++
(Media)
++++
(Alto)
++++
(Alta)
+++++
(Muy alto)
+++
(Media)
++++
(Muy alto)
+++++
(Muy alta)
+++
(Medio)
++++
(Alta)
+++
(Medio)
+++
(Media)
+++
(Medio)
++++
(Alta)
++++
(Alto)
Aspectos destacables
Se pueden emplear
materiales compuestos de
matriz polimérica y se
pueden fabricar, en menor
medida, cerámicos,
además de polímeros.
Sólo se pueden emplear
materiales termoplásticos.
Calidad similar a las
fundiciones postprocesadas con
tratamientos térmicos.
Mayor porosidad que
“SLM”.
Calidad similar a las
fundiciones postprocesadas con
tratamientos térmicos.
Menor porosidad que
“SLM”.
Posibilidad de fabricar
“cermets”. Posibilidad de
reparación de piezas
mecánicas mediante el
“laser cladding”. Calidad
similar a piezas forjadas.
Posibilidad de crear
metales gradados a
medida. Operación de
construcción llevada a
cabo en frío. Calidad
similar a piezas
mecanizadas.
Tabla 2-5: Comparación relativa y cuantitativa entre las tecnologías de AM de interés.
106
Como se ha podido comprobar en la Tabla 2-5, existen algunos aspectos destacables que vale la
pena comentar a continuación.
En primer lugar, los procesos de fusión o sinterización en lecho de polvo añaden tiempo de postprocesado en general por requerir operaciones más complejas de extracción y limpieza, pues
hay que retirar el polvo mediante personal cualificado (requiriendo medidas de seguridad),
filtrarlo y reconducirlo hasta la máquina. Así mismo, los procesos de sinterización suelen resultar
en piezas más porosas y menos densas que las conseguidas mediante la fusión, por lo que se
requerirán procesos de post-procesado adicionales para paliar esto, aunque sus propiedades
mecánicas serán similares a piezas de fundición. Es por esta razón que para procesos de “PBF”
para metales, las piezas sinterizadas poseen menor calidad relativa a las obtenidas mediante la
fusión en el mismo grupo tecnológico. Sin embargo, al requerir los procesos de fusión en lecho
de polvo (como el “SLM” y “EBM”) complejas estructuras de soporte del mismo material que la
pieza, al final resultan requerir más tiempo y complejidad de post-procesado que las sinterizadas.
En cuanto a piezas obtenidas mediante tecnologías de depositado mediante energía dirigida, su
calidad relativa en general se asemeja a la de las piezas forjadas. En comparación, los tiempos
de post-procesado son mucho menores que las de lecho de polvo pues las operaciones de
extracción y limpieza no suponen costosos tiempos adicionales al tener que retirar material,
filtrarlo, etc. Aunque en algunos casos las estructuras de soporte son necesarias, no suelen ser
tan complejas como las empleadas en el caso de las máquinas de lecho de polvo.
Para la tecnología “FDM”, ésta parece estar en desventaja; pero sólo se ha de comparar con el
“SLS” para fabricar termoplásticos. Aunque de menor calidad, suelen tardar menos y sus
tiempos de post-procesado son mucho menores. Obviamente, esto es relativo – el hecho de que
esté en la tabla indica que es apto para aplicaciones aeroespaciales.
Por último, los tiempos de post-procesado de la consolidación ultrasónica son tan altos pues se
ha incluido el tiempo adicional que la máquina emplea en usar el fresado y otras técnicas de
mecanizado durante la construcción para dar forma a la geometría de la pieza. Sin embargo,
ésta posee características mecánicas mejores que las demás tecnologías en metales, parecidas
a las de las piezas mecanizadas convencionales.
Obviamente, hay que tener en cuenta los aspectos noveles de cada tecnología: reparación
mediante “laser cladding” para las tecnología de depositado mediante energía dirigida así como
la construcción de “cermets” y otros materiales metálicos a medida. La consolidación ultrasónica
permite unir metales distintos en un proceso en frío mediante la soldadura ultrasónica, creando
así metales gradados y también a medida. Aunque las velocidades de construcción para las
tecnologías de lecho de polvo sean mucho menores que las demás, permiten la fabricación
simultánea de varias piezas y el escaso uso de soportes (para los procesos de sinterización).
En esencia, no existe una sola tecnología que sea superior a las demás para un material dado.
Hay que considerar las ventajas e inconvenientes de cada una y, posteriormente, unir a estos
criterios otros factores económicos y de disponibilidad que serán estudiados en el siguiente
capítulo; según las necesidades propias se elegirá una tecnología u otra para una aplicación dada.
107
108
3.
Estado del arte.
3.1. Introducción.
Establecidos los fundamentos teóricos necesarios para abordar sobradamente el estudio de las
tecnologías de fabricación aditiva más comunes disponibles en la actualidad en el capítulo
anterior, este capítulo se centrará en presentar las tecnologías estudiadas enmarcadas dentro
del contexto del mercado, empresas e industria actual. Todo esto con el fin de poder llevar a
cabo un estudio más profundo sobre su aplicación en el sector aeroespacial que se llevará a cabo
en los capítulos posteriores.
Sin embargo, anteriormente a dicha presentación, se ha estimado oportuno presentar una breve
reseña histórica sobre el desarrollo comercial de las tecnologías de fabricación aditiva o
impresión 3D durante las últimas décadas para resaltar el estado actual de la tecnología en su
conjunto, dando una visión necesaria sobre su evolución y el ritmo al cual avanza.
Este capítulo estará dividido principalmente en dos partes, aparte de la mencionada mención
histórica: un estudio sobre las empresas dedicadas a facilitar el servicio de la impresión 3D y su
tipología y un estudio de mercado a nivel de modelos concretos. Las tecnologías se estudiarán
según los grupos que se determinaron en el capítulo anterior según el interés que tienen, desde
el punto de vista técnico, para los objetivos de este Proyecto. Es decir, se indagará más en
aquellas tecnologías consideradas de interés para determinar si, en otros aspectos como los
económicos, disponibilidad de empresas y material, etc., pueden seguir considerándose como
tales.
Las demás tecnologías tendrán una mención menor y no se profundizará tanto en éstas como
en las de interés ya que la viabilidad técnica es una condición necesaria para que una tecnología
sea considerada de posible interés para el sector aeroespacial. En vez de entrar a nivel de
modelos disponibles, se hará mención de las principales empresas fabricantes y cualquier dato
reseñable del mercado en general.
3.2. Evolución histórica de las tecnologías de
fabricación aditiva.
Para agilizar y simplificar este apartado de breve mención histórica de la evolución de las
tecnologías de impresión 3D, se dividirá en apartados correspondientes a cada década y dentro
de ellos se escribirá un breve resumen y línea temporal de los grandes hitos de la época con
109
respecto a la tecnología estudiada. Las referencias empleadas se pueden encontrar en [134],
[135], y [136], mientras que una información mucho más detallada sobre la historia de la
fabricación aditiva se puede hallar en [137], que también se ha usado como referencia para este
apartado.
3.2.1. Década de 1980.
Aunque se puede considerar que desde la década de 1960 se lleva trabajando, investigando y
desarrollando la tecnología que más tarde se conocería como de fabricación aditiva, no es hasta
mediados de la década de 1980 cuando su historia realmente comienza con la introducción y
comercialización de la primera tecnología y la creación de la primera empresa fabricante de
máquinas de impresión 3D10.
Esta década se caracteriza por el auge y surgimiento del término “prototipado rápido” en EE.UU
y Japón y se empieza a hacer hueco en la industria el concepto del uso de esta tecnología para
la creación de prototipos o modelos. Sin embargo, las limitadas opciones disponibles en cuanto
a variedad de tecnologías y la pobre selección de materiales hacen que las aplicaciones para la
fabricación final de piezas sea aún una idea remota.
Los grandes hitos de esta década se detallan a continuación.

1983: El estadounidense Charles Hull inventa la tecnología y proceso de
fotopolimerización conocido como estereolitografía (“SLA”), dirigido a la creación de
prototipos.

1986: Hull funda la empresa “3D Systems” en Estados Unidos y se inventa el formato de
archivo .STL por parte de esta empresa.

1987: “3D Systems” lanza su primera máquina comercial de “SLA”, la “SLA-1”, la primera
máquina de fabricación aditiva que se hace disponible en el mercado.

1988-89: Se desarrollan varios materiales para las máquinas de “SLA” disponibles. Así
mismo, en Japón se lleva a cabo la comercialización de máquinas basadas en la
estereolitografía por varias empresas.
La Figura 3-1 muestra la primera máquina de “SLA” así como algunos de las piezas creadas con
ella.
10
Se recuerda que el término impresión 3D se usará como sinónimo de fabricación aditiva de manera
indistinta a partir de ahora.
110
Figura 3-1: primera máquina de AM de la historia, así como algunos de las piezas creadas con ella. 1983.
3.2.2. Década de 1990.
El principio de esta década vio el surgimiento de nuevas tecnologías de fabricación aditiva
diferentes a las de fotopolimerización, tales como la sinterización en lecho de polvo (“SLS”), los
procesos de extrusión (“FDM”), procesos de laminación (“LOM”) al igual que los dos procesos
de impresión. Las empresas de desarrollo y de comercialización de máquinas de AM se
extendieron por el continente europeo y asiático, aunque mantuvieron su impulso en EE. UU. y
Japón. Las tecnologías ya existentes así como las nuevas siguieron desarrollándose y
diversificándose, mientras que algunas tecnologías surgieron pero pronto desaparecían por la
introducción de procesos más eficientes.
La segunda mitad de la década vería la introducción de máquinas de bajo coste enfocadas a las
pequeñas empresas y uso doméstico, aunque aún eran poco asequibles para la sociedad en
general. Durante esta década se empezó a vislumbrar el posible uso de estas tecnologías para
usos no solo de fabricación de prototipos, sino para piezas de producción finales.
Sin embargo, los materiales empleados por las distintas máquinas se limitaron a polímeros y
papel con algunos intentos en cerámicos; el auge de las tecnologías de AM de metales
propiamente dicha tendrían que esperar a la nueva generación de máquinas que aparecerían
una década más tarde, aunque a finales de la década surgieron algunas empresas que
empezarían a emplear metales en sus máquinas AM.
Los grandes hitos de esta década se detallan a continuación.
111

1990: Surge la primera empresa de fabricación aditiva en Europa. La alemana “Electro
Optical Systems” (“EOS”) comercializa su primera máquina de estereolitografía,
“Stereos”.

1991: Se comercializan tres tecnologías de fabricación aditiva no basadas en “SLA” por
primera vez. La empresa estadounidense “Stratasys” introdujo la primera máquina de
“FDM”; la israelí “Cubital” introdujo una máquina basada en una tecnología obsoleta
que empleaba luz UV y material en forma de polvo en un proceso similar a la impresión
láser común; la estadounidense “Helisys” introdujo la primera máquina de “LOM”.

1992: Se comercializa la primera máquina de “SLS” por la empresa “DTM”. Nace el
proceso de sinterización en lecho de polvo.

1993: Se introducen por varias empresas e instituciones por separado máquinas basadas
en tecnologías que darían auge a los llamados procesos de impresión, tanto de inyección
de material como de aglutinante. Por primera vez, se emplea polvo cerámico para la
creación de piezas por esta última para uso como molde en procesos de fundición
convencionales.

1994-95: Sigue el desarrollo de los sistemas basados en impresión con inyección de
material, varias empresas introducen máquinas que depositan materiales tipo cera.
Empresas de Europa y Asia hacen eco de los nuevos avances estadounidenses y nipones
surgiendo diversidad de máquinas basadas en las nuevas tecnologías al igual que
empresas. De especial interés es la máquina basada en sinterización por láser de la
alemana “EOS”.

1996: Se comercializan las primeras máquinas de AM con precios por debajo de los
$10.000 (USD) por parte de varias empresas, empleando tecnologías “LOM”, “FDM” y
de impresión con inyección de material.

1997: Una subsidiaria de la estadounidense “MTS Systems Corp.”, “AeroMet” desarrolló
una tecnología de sinterización en lecho de polvo empleando polvos de titanio para
fabricar piezas metálicas. Fue la primera empresa que ofreció servicios de fabricación
aditiva que se emplearían por empresas del sector aeroespacial. Sin embargo, no
comercializaron sus máquinas, sino que se limitaron a ofrecer sus servicios a empresas
interesadas; la empresa cerró unos años más tarde.

1998: Aparece la tecnología “LENS” que emplearía metales en polvo, el primer proceso
de depositado mediante energía dirigida (“DED”) introducido por la empresa
estadounidense “Optomec”.

1999: Surgen otras empresas que comercializan máquinas que emplean metales,
llegándose a comercializar la primera máquina de “SLM” en Alemania. Se comercializa
la máquina más cara hasta la fecha basada en polímeros, la “SLA 7000” por “3D Systems”
con un precio de $800.000 (USD).
112
La Figura 3-2 muestra un sistema de engranajes fabricados mediante máquinas que surgieron
durante esta década. Al fabricarse de manera aditiva, no existen debilidades en ellos que
existirían si se hubiesen fabricado mediante tecnologías de fabricación convencionales,
simbolizando el potencial y las ventajas de esta tecnología.
Figura 3-2: sistema complejo de engranajes fabricado mediante las tecnologías AM de la década de los 90.
3.2.3. Década de 2000.
Esta década vería la introducción de una nueva generación de máquinas de fabricación aditiva
que darían lugar, en especial, al desarrollo y al empleo de los metales en este ámbito tecnológico
de manera generalizada. Fue realmente durante esta década cuando, gracias al impulso e inercia
creados durante los 90, se alcanzaron los objetivos del sector de que la fabricación aditiva en su
conjunto se viera en la industria no solo como una tecnología con aplicaciones en la creación de
prototipos, sino con aplicaciones cada vez más relevantes en la fabricación de piezas finales.
Las tecnologías ya existentes siguieron su impulso de desarrollo, con más empresas basadas en
la fabricación aditiva surgiendo y cada vez más industrias contratando servicios de éstas para
tareas cada vez más enfocadas a la producción final de piezas. Sin embargo, sólo varios sectores
industriales especializados hicieron el mayor uso de éstas, entre los que destacan el sector
biomédico y dental, el sector de la automoción de altas exigencias y el sector aeroespacial.
En torno al final de la década, el uso cada vez más extendido de métodos de fabricación aditiva
empleados para la fabricación de piezas finales en varios sectores dio impulso y fuerza a los
esfuerzos regularizadores de las instituciones competentes para implementar normativas y
estándares, necesarios en un sector que hasta el momento se encontraba plagado con los
problemas causados por la ausencia de éstos. Fue la ASTM con la creación del comité F42 a
finales de la década quienes lideraron el esfuerzo, con la ISO uniéndose más tarde.
Aunque en esta década la gran diversidad del mercado de las impresoras 3D intentó acercarse
al público en general, no sería hasta la siguiente década cuando la sociedad comenzaría a tomar
consciencia del potencial que las tecnologías de impresión 3D ofrecerían en un futuro no muy
lejano.
113
Los grandes hitos de esta década se detallan a continuación.

2000: Este año vio la introducción de varias nuevas tecnologías de fabricación aditiva,
entre las que destaca la técnica del “laser cladding” de las tecnologías “DED” para la
reparación de piezas metálicas. Así mismo, se comercializó la primera máquina de “FDM”
que emplearía ABS.

2001: La empresa “Solidica” revela datos técnicos sobre sus nuevas máquinas de
consolidación ultrasónica aunque sólo para aluminio; la empresa alemana “Envisiontec”
también revela su tecnología de fotopolimerización por capas “DLP”. A su vez, “EOS”
introduce por primera vez un polvo metálico de acero con partículas de 20 µm así como
una máquina de sinterización por láser que podría fabricar piezas metálicas con
espesores de capa de 20µm.

2002: “Envisiontec” introduce sus nuevas máquinas denominadas “Bioplotter” que,
empleando varios bio-materiales, se pueden emplear para la ingeniería de tejidos
biológicos. Así mismo, la empresa “POM” comercializa sus primeras máquinas de “DED”
de tres ejes para la creación de piezas metálicas completamente densas tras dos años
ofreciendo sus servicios.

2003-04: Entre los eventos más destacados de este año están la introducción por parte
de varias empresas alemanas de nuevas máquinas de sinterización y fusión en lecho de
polvo de materiales metálicos, mejorando sus aspectos tecnológicos como el uso de
nuevas tecnologías láser y de fibra óptica o la introducción de una máquina de cinco
ejes.

2005: La empresa “AeroMet” cesa su actividad alegando que la fabricación de piezas de
titanio para el sector aeronáutico no es un modelo de negocios rentable.

2006: “EOS” introduce polvos de acero inoxidable y aleaciones de cobalto-cromo para
sus máquinas de lecho de polvo, al igual que nuevas máquinas de sinterización, mientras
que se introduce la tecnología de fundido por haz de electrones (“EBM”) en Estados
Unidos. Japón y Suecia comercializan nuevas máquinas de sinterización por primera vez.

2007: Se desarrollan una multitud de nuevos materiales poliméricos y fotopoliméricos
con propiedades de alta resistencia y altas propiedades mecánicas por los fabricantes
de impresoras que emplean estos materiales. “Concept Laser” introduce sus máquinas
“M2 Cusing System” que emplearían aleaciones de aluminio y titanio. Por primera vez
se introduce una máquina de impresión 3D en el mercado en la que 32 de sus piezas
han sido fabricadas con una tecnología de fabricación aditiva, en concreto con “FDM”
por la empresa “Stratasys”. A su vez se introduce la primera máquina comercial basada
en la tecnología de impresión con inyección de material que emplea dos materiales
simultáneamente, dando lugar a la posibilidad de crear materiales compuestos
gradados por la empresa “Objet Geometries”.
114

2008: “Stratasys” desvela un material tipo ABS biocompatible; varias empresas
europeas introducen nuevas aleaciones de titanio y aluminio para su uso en nuevas
máquinas de sinterización, fusión en lecho de polvo y “DED”. Siguen los avances
tecnológicos en las demás tecnologías, aumentando sus capacidades de impresión y en
el diseño de nuevos materiales únicos para su uso en ellas. Entre ellos, destaca la
adaptación del material polimérico “ULTEM 9085” para máquinas “FDM”, usado para
los interiores de las aeronaves debido a sus bajas emisiones de humo y resistencia al
fuego.

2009: 70 expertos del sector de la fabricación aditiva de todo el mundo se reúnen en
Filadelfia, Pensilvania en la sede central de ASTM International para establecer y crear
el Comité F42 sobre las tecnologías de fabricación aditiva. Comienza la labor
estandarizadora y normativa en cuanto a ensayos, procesos, materiales, diseño
(incluyendo formatos de archivo) y terminología del sector. Se comercializan las
primeras máquinas de bajo coste replicantes del “Proyecto RepRap”, una iniciativa
inglesa universitaria (University of Bath), que comenzó en 2005, de fuente abierta
(“open source”). Usan tecnología “FDM” para que la propia máquina elemental fabrique
las piezas para sí misma o para crear nuevas máquinas; se pretende que todos los
diseños fabricadas con ellas no estén sujetas a derechos de autor, patentes o
“copyrights”. EOS introduce a finales de año superaleaciones de níquel (“Inconel”) y
nuevas aleaciones de aluminio para sus máquinas de sinterización y fusión en lecho de
polvo.
3.2.4. Década de 2010 hasta la actualidad.
Es sólo a partir de 2010 hasta nuestros días cuando realmente la fabricación aditiva o impresión
3D ha empezado a calar de manera profunda en la sociedad en general, y, en especial, se ha
terminado de extender su idea de viabilidad potencial por prácticamente toda la industria. Se
prevé que las próximas décadas traigan consigo un cambio del modelo productivo mundial
impulsado por la generalización y uso de las máquinas de impresión 3D a gran escala; no se trata
de una especulación, sino de una certeza – según los analistas y expertos económicos e
industriales.
Durante lo que se lleva de esta década se han empezado a fabricar los primeros grandes
productos completos empleando máquinas de fabricación aditiva para todas las etapas de la
fabricación, tales como automóviles, aeronaves y exoesqueletos. Casi todos los sectores
industriales e instituciones académicas relacionadas con ellos han empezado a estudiar la
viabilidad de incorporar las técnicas de fabricación aditiva de alguna manera u otra en la
fabricación de sus productos, mientras que otros ya han empezado a adaptarla en mayor o
menor medida – la realización de este Proyecto se incluye en este ámbito. Sectores que antes
de principios de esta década ya habían empezado a emplear técnicas de impresión 3D en su
sector han seguido en la misma tendencia, estudiando e incorporando cada vez más dichas
tecnologías en los ciclos productivos de sus productos.
115
Cabe destacar los siguientes acontecimientos recientes de gran importancia.

2010: Se desvela “Urbee”, el primer automóvil de la historia cuyo chasis exterior
(incluidas las lunas) en su totalidad ha sido creado empleando componentes creados
mediante impresoras 3D usando ABS (Figura 3-3). Así mismo, a finales de año se crean
los primeros vasos sanguíneos mediante fabricación aditiva empleando biomateriales
por “Organovo”, una empresa de medicina regenerativa. De especial relevancia para el
sector aeroespacial resulta el hecho de que una empresa norteamericana, “Optomec”,
reciba un contrato por parte de la Marina estadounidense para seguir desarrollando y
empleando el sistema “LENS” para la reparación de los motores de aeronaves (“laser
cladding”, subtecnologías de “DED”).
Figura 3-3: “Urbee”, el primer coche de la historia cuyo chasis exterior ha sido fabricado empleando AM.

2011: Ingenieros de la Universidad de Southampton del Reino Unido diseñan y finalizan
el proyecto “SULSA” (“Southampton University Laser Sintered Aircraft”), donde se crea
la primera aeronave de la historia fabricada en su totalidad mediante las tecnologías de
fabricación aditiva (Figura 3-4 y 3-5). Se trata de un UAV fabricado mediante nailon con
una máquina de “SLS” (proceso de sinterización en lecho de polvo). La totalidad de su
estructura –ala, superficies de control y compuertas de acceso– se puede ensamblar sin
la necesidad de emplear herramientas. A su vez, se emplea chocolate por primera vez
con éxito en una máquina de impresión 3D para crear productos culinarios, empleando
procesos de extrusión.
Figura 3-4: UAV “SULSA”, primera aeronave fabricada mediante AM.
116
Figura 3-5: estructura interna de “SULSA”, fabricada mediante polivinilo empleando “SLS”.

2012: “GE” adquiere la empresa de fabricación aditiva “Morris Technology” y desvela su
programa “LEAP” (Figura 3-6). El gigante de los aerorreactores propone la fabricación
en masa de piezas de aerorreactores mediante el empleo de tecnologías de fabricación
aditiva para el año 2016. Se llevan a cabo los primeros concursos donde se consigue
rediseñar e imprimir una pieza en concreto de una aerorreactor manteniendo sus
propiedades pero reduciendo su peso en un 80%.
Figura 3-6: aerorreactor del programa “LEAP” de “GE”, que para el año 2016 prevé incluir en él hasta 19
componentes creados mediante “EBM” y otras técnicas AM.

2013: La empresa espacial “SpaceX” desvela sus planes de emplear tecnologías de
realidad virtual e impresoras 3D de metales de alta gama para fabricar piezas para su
próxima generación de cohetes “Merlin”.

2014: La empresa “3D Systems” en colaboración con “EksoBionics” desarrolla el primer
exoesqueleto robótico fabricado mediante tecnologías de impresión 3D (Figura 3-7),
117
permitiendo a personas parapléjicas volver a caminar. Esto permitirá la fabricación de
exoesqueletos personalizados según el cuerpo de cada persona.
Figura 3-7: primer exoesqueleto fabricado mediante tecnologías de AM, permitiéndole andar de nuevo a Amanda
Boxtel, parapléjica durante años a causa de un accidente.
Se prevén innumerables avances en el campo de la fabricación aditiva en los siguientes años y,
en especial, durante las siguientes décadas. Durante sus tres décadas de vida, se ha visto a esta
tecnología avanzar a un paso incomparable con el de otras tecnologías de fabricación, que
tardaron siglos en surgir y seguir desarrollándose. Aún está por ver cuál será el impacto exacto
sobre la industria y la sociedad, pero la inercia que esta tecnología ha reunido durante sus años
de vida hace parecer casi imposible que sea relegada a un segundo plano o que pase a la historia
sin ser el siguiente paso adelante significativo de la Revolución Industrial.
3.3. Estado actual del mercado de la AM.
Antes de comenzar con el estudio de las empresas y modelos de máquinas de relevancia actuales,
cabe realizar un breve estudio sobre el mercado de la impresión 3D actual. El objetivo de éste
es familiarizar al lector con las principales empresas actuales, sus trayectorias, y los sectores a
los que se dedican, con especial énfasis a las empresas fabricantes de tecnologías que se han
denominado “de interés”. Así mismo, se pretende ofrecer una visión sobre el mercado en su
conjunto, describiendo los tipos de empresa, los servicios ofrecidos por cada así como una
discusión sobre el panorama actual y futuro.
3.3.1. Breve descripción de las principales empresas fabricantes
actuales.
Antes de comenzar a investigar las máquinas disponibles de cada grupo tecnológico de interés,
se ha estimado oportuno hacer una breve mención de las principales empresas del sector, ya
118
que la mayoría fabrican modelos de varios grupos tecnológicos. Estas empresas representan el
grueso del mercado actual en cuanto a fabricantes de máquinas de tecnologías que se han
estimado “de interés” y en su estudio se incluirán referencias a su trayectoria de mercado así
como detalles para consultar más información sobre ellas, por lo que se ruega consultar este
apartado para profundizar en el conocimiento de éstas.
El orden en el que se presentan las empresas en este apartado no tiene nada que ver con su
relativa importancia, tamaño en el sector o cualquier otro factor inferido.
3.3.1.1. “3D Systems”.
Figura 3-8: actual logotipo de la empresa “3D Systems”.
Actualmente, “3D Systems Corporation” [138] o “3DS” es una de las mayores empresas a nivel
mundial del sector de la fabricación aditiva. No sólo fue la primera empresa de esta índole en
surgir, sino que ha ido maniobrando exitosamente en el tejido empresarial hasta el momento,
haciéndose con la compra de diversidad de empresas prometedoras y exitosas del sector de la
impresión 3D en Norteamérica y en el resto del mundo. Usualmente se ha hecho con aquéllas
que han logrado inventar alguna nueva tecnología o contribuir con la introducción de nuevos
materiales para uso en las máquinas ya existentes de impresión 3D – de tal manera que
actualmente ofrece un amplio rango de modelos de máquinas que abarcan gran parte del
espectro de las tecnologías disponibles de AM, así como materiales para ellas, entre otros
servicios.
A pesar de que en la actualidad la empresa presume de la invención de muchas tecnologías de
impresión 3D, lo cierto es que sus únicas grandes contribuciones para el sector fueron la
invención de la técnica de “SLA” y la invención del formato de archivo “.STL”, que hasta que la
ASTM introdujo su nuevo formato “.AMF” hace pocos años, fue un estándar de facto en la
industria. Las demás invenciones de las que alardea fueron inventadas e introducidas por otras
empresas que ha ido adquiriendo y colocándoles su nombre a lo largo de los años. Por ejemplo,
actualmente “3D Systems” se atribuye las invenciones e introducción de las tecnologías –entre
otras– de “SLS” y de impresión mediante inyección de material y aglutinante, aunque éstas
fueron inventadas y/o comercializadas en primera instancia por las empresas “DTM” (adquirida
en el 2001) y “Z Corporation” (adquirida en 2012), respectivamente. La política de “3D Systems”
es la de intentar adquirir todas las tecnologías de impresión 3D posibles y ampararlas bajo el
mismo nombre.
Como se reseñó en el apartado de la historia de las tecnologías de impresión 3D, la
estadounidense “3D Systems” fue la primera empresa fundada específicamente para la
fabricación de máquinas de AM en 1986. Con su primera sede en Valencia, California, su co119
fundador e inventor de la tecnología “SLA”, Chuck Hull, empezó a ofrecer servicios y a
comercializar máquinas de “SLA” dirigidas a abaratar el coste y tiempo requeridos para la
fabricación de prototipos, que, según [139], vieron sus primeros grandes clientes en el sector
automovilístico norteamericano. Llevó considerables años y esfuerzos de desarrollo y diseño
para aumentar la eficiencia y sobrellevar los problemas de las primeras máquinas conceptuales
de “SLA”, y no fue hasta 1989 cuando se llegó a comercializar el primer modelo.
Durante los 90, sus grandes hitos fueron la compra de la empresa “DTM”, que le permitiría
ofrecer máquinas de sinterización en lecho de polvo, su salida a bolsa en 1993 y la adopción de
láseres de estado sólido en 1996, que les permitiría reformular los materiales que empleaban
hasta la fecha.
El nuevo milenio trajo consigo una nueva dirección y el establecimiento de una nueva sede
central en Rock Hill, South Carolina; a partir de la segunda mitad de la primera década,
experimentó una compra desenfrenada de multitud de pequeñas empresas de tecnologías de
impresión 3D y materiales, que se acentuó a partir del 2010. De hecho, el 2011 vio la compra de
16 empresas por parte de “3D Systems”; su adquisición notable más reciente ha sido la de la
empresa belga “LayerWise”, dedicada a máquinas de impresión para metales, en Septiembre de
2014 [140].
Actualmente, emplea a más de un millar de personas y posee 25 oficinas repartidas por todo el
mundo, de las que destacan China, Corea del Sur y Japón en la región asiática y Francia, Alemania,
Suiza, Italia y Reino Unido en Europa.
El modelo de la empresa es el de ofrecer impresoras 3D y todos sus servicios relacionados
(materiales, fabricación propia de modelos entregados por clientes) a todos los sectores posibles,
desde los hogares y familias hasta las empresas más especializadas. Pretende simplificar las
herramientas de diseño CAD para acercarla al común de las personas, ofreciendo software más
intuitivo y simplificado. Visualizan un futuro en el que la producción se realice de forma
localizada, reduciendo así la gran demanda de transporte y de inventariado que el modelo
productivo actual emplea.
De esta manera, la empresa ofrece actualmente sus productos divididos en tres categorías:
personales (“personal”), profesionales (“professional”) y de producción (“production”). Dentro
de la categoría de producción, ordena sus máquinas disponibles según su tecnología base, por
lo que actualmente ofrece máquinas de:






“SLA” o estereolitografía, proceso de fotopolimerización
“SLS” o sinterización selectiva por láser, tecnología de “PBF”
“CJP” o impresión en color por chorro (“Color-Jet Printing”), tecnología de impresión
mediante inyección de aglutinante
“FDM” o modelado mediante depositado de fundidos, tecnología de extrusión
“MJP” o impresión por multi-chorro (“Multi-Jet Printing”), tecnología de impresión
mediante inyección de material
“DMS” o sinterización directa de metales (“Direct Metal Sintering”); tecnología de “PBF”
120
Para sus líneas “personales” y “profesionales”, éstas se limitan a las máquinas de “SLA”, “FDM”
y las de las tecnologías de impresión. Es decir, para estos dos últimos sectores comercializa
máquinas aptas para la creación de modelos o prototipos con un surtido de materiales limitado
a polímeros, mientras que para su línea de “producción” reserva sus máquinas que emplean
metales y polímeros de alta gama.
Sin embargo, la empresa sigue un modelo de investigación y desarrollo cerrado y basado en
patentes para proteger sus inventos para que no puedan ser adoptados por otras empresas.
3.3.1.2. “EOS”.
Figura 3-9: logotipo actual de la empresa “EOS”.
La empresa “EOS GmbH, Electro Optical Systems” [141], de origen alemán, se fundó en 1989
alentada por el éxito en Estados Unidos de “3D Systems” y de la nueva tecnología de fabricación
“SLA”, viendo surgir un nuevo mercado; ha llegado a ser una de las grandes empresas del sector
actualmente en Europa con presencia mundial.
La empresa llegó a inventar, sin infringir las patentes de “3D Systems”, una máquina de
estereolitografía independientemente que comercializó en 1990, teniendo éxito en el mercado
industrial europeo ya que ofrecía una manera de reducir el costoso y longevo ciclo de la
producción de prototipos considerablemente, contando con clientes tan importantes como
“BMW” y “Mercedes-Benz”. Durante 1994 y 1995, “EOS” comienza a comercializar su propia
línea de máquinas de sinterización por láser tanto para materiales poliméricos como metálicos,
convirtiéndose así en la primera empresa mundial que comercializó ambas tecnologías (“SLA” y
sinterización por láser) a la vez.
Sin embargo, en el año 1997, la empresa vendió todos los derechos de sus máquinas de
estereolitografía a la norteamericana “3D Systems”, dedicándose desde entonces a las máquinas
de lecho de polvo exclusivamente, renunciando al futuro desarrollo y comercialización de estas
máquinas de “SLA”.
Desde entonces hasta la actualidad, ha seguido el desarrollo de sus máquinas de “PBF” de
sinterización por láser, adoptando acuerdos de colaboración con otras empresas menores
europeas del sector para llevar a cabo tareas de I+D y comercialización conjuntas. De la misma
manera, ha desarrollado incansablemente materiales específicamente para el empleo en sus
líneas de máquinas, destacando la introducción del titanio-6-4 para uso en procesos de
sinterización –la primera empresa en el mundo que lo consiguió en 2007–, aleaciones de níquel
en 2010 y oro en 2012. Para el año 2014, “EOS” ya había conseguido vender más de millar y
medio de unidades de máquinas de sinterización por láser en todo el mundo.
121
Actualmente la empresa emplea a más de 540 personas en todo el mundo y posee más de 16
acuerdos de colaboración con otras empresas e instituciones del sector. A diferencia de “3D
Systems”, no ha seguido una línea de adquisiciones agresivas en el sector, sólo ha adquirido
durante sus 25 años de historia una pequeña cantidad de empresas menores para ampliar sus
instalaciones y servicios ofrecidos. Al igual que la mayoría de las empresas del sector, no sólo
ofrece la venta de máquinas de fabricación aditiva, sino el servicio integral de lo que ellos
denominan “e-Manufacturing” – en base a los modelos o demandas de los clientes gestionan,
fabrican la pieza u ofrecen un sistema según las necesidades particulares de cada uno.
En la actualidad, “EOS” sólo ofrece modelos de máquinas de sinterización por láser de polímeros,
cerámicos y metales, y sus gamas de productos están más enfocados al sector industrial en vez
de a las pequeñas empresas o particulares.
3.3.1.3. “Optomec”.
Figura 3-10: logotipo actual de la empresa “Optomec”.
Fundada en 1997, esta empresa norteamericana [142] es notable en el sector de la fabricación
aditiva por ser una de las marcas más conocidas de proveedor de máquinas dentro de las
tecnologías de depositado mediante energía dirigida. Desde 1998 lleva comercializando sus
máquinas y tecnología bajo el nombre comercial de “LENS” o “Laser Engineered Net Shaping”,
pero pertenece al subgrupo estudiado de “LPF” o formado por láser de polvo. Aunque una
empresa relativamente pequeña dentro del sector, ha sabido hacerse hueco especializándose
en una tecnología en particular e invirtiendo en I+D para seguir avanzando e introduciendo
mejoras en su línea tecnológica – de hecho, ha ido introduciendo nuevas generaciones de sus
máquinas de “LENS” cada 3 o 4 años. Conjuntamente a sus actividades de impresión 3D, la
empresa ha desarrollado otra tecnología denominada “Aerosol Jet”, que es empleada para la
fabricación de componentes electrónicos y microelectrónicos.
A diferencia de otras empresas del sector, “Optomec” no ofrece servicios de fabricación a sus
clientes, sino que solamente ofrece la venta de sus máquinas. Por ende, sus modelos están
dirigidos a clientes industriales o productores en vez de a medianas o pequeñas empresas – y
mucho menos a particulares.
La compañía lleva vendidas 150 máquinas en el 2012 por todo el mundo, y su línea de fabricación
aditiva la enfoca a la reparación o regeneración de componentes mediante la técnica del “laser
cladding” más que a la producción o fabricación de piezas, aunque también apuesta por ello.
Por esta razón, sus principales clientes los ha encontrado en el sector aeronáutico, consiguiendo
importantes contratos y ventas a compañías como “Boeing”, “Rolls-Royce” o a instituciones
como las Fuerzas Armadas estadounidenses para uso en sus aeronaves.
122
También, a diferencia de otras empresas del sector, “Optomec” no pretende que sus máquinas
de fabricación aditiva desplacen o acaben por ser el siguiente paso en la evolución de la
fabricación, sino que adopta una postura más integrista. Ofrece flexibilidad a sus clientes en
cuanto a la personalización de sus impresoras, con el objetivo de permitir la compatibilización e
integración de sus máquinas de fabricación aditiva en entornos y procesos donde se utilizan
métodos tradicionales de fabricación para que puedan coexistir. De esta manera, según la
empresa, ofrece a sus clientes todas las ventajas de las tecnologías de fabricación aditiva sin
renunciar a la solidez de tecnologías y metodologías ya probadas – complementándolas en vez
de reemplazándolas.
En cuanto a materiales, la empresa no los ofrece directamente, sino que los provee a través de
terceros. Sin embargo, ofrece una amplia gama de metales, aleaciones y materiales compuestos
(“cermets”) importantes de uso aeroespacial.
3.3.1.4. “Concept Laser”.
Figura 3-11: logotipo actual de la empresa “ConceptLaser”.
“Concept Laser GmbH” [143], empresa independiente alemana perteneciente al “Hofmann
Innovation Group” [144], representa otra gran marca especializada en la fabricación de
impresoras de una sola tecnología de fabricación aditiva en particular, en concreto la tecnología
de lo que se ha estudiado como “SLM” o fundido selectivo por láser (tecnologías de “PBF”),
aunque la empresa se refiere a esta tecnología mediante su propio nombre comercial de
“LaserCUSING”11. Iniciada en el año 2000, ha llegado a adquirir renombre en el sector, llegando
a vender sus sistemas y a ofrecer sus servicios no sólo en Europa, sino en el resto del mundo.
“Concept Laser” ofrece una amplia gama de máquinas de fusión de metales en lecho de polvo,
aunque sólo las comercializa a grandes clientes, apostando por el sector de la producción y
fabricación. Según la propia empresa, sus máquinas están dirigidas a, principalmente, los
sectores aeroespacial, de la automoción, dental, médico, de la joyería y de fabricación de moldes.
Para ello, lidera esfuerzos de I+D constantes para seguir mejorando la tecnología de sus
máquinas, entrando en importantes acuerdos de colaboración con instituciones y empresas.
La empresa, con sus actuales 500 empleados, centra sus esfuerzos en las siguientes tareas
dirigidas a sus clientes:
11
Según la propia empresa, la denominación procede de la combinación de las palabras “concept”
(concepto) y “fusing” (fundido del material) [407].
123





Tareas de consulta a grandes empresas para realizar estudios de comparación entre las
tecnologías actuales de fabricación que emplean y la de sus máquinas de fabricación
aditiva
Desarrollo de software para llevar a cabo los pasos de conversión a tipo de archivo de la
máquina desde los programas CAD que cada empresa emplee, llegando a desarrollar
soluciones personalizadas si se presentase el caso, optimizadas para el uso en las
máquinas de “Concept Laser”
Venta, personalización y control de calidad de las máquinas y modelos que la empresa
comercializa. Es decir, según las necesidades de cada empresa, “Concept Laser” puede
llevar a cabo el desarrollo y fabricación de impresoras que se ajusten a las necesidades
de cada cliente
Entrenamiento de personal para el uso correcto y adecuado de los sistemas que
comercializa
Desarrollo y control de calidad de materiales para uso en sus máquinas de fabricación
aditiva
La empresa posee unas instalaciones que denomina “centro de aplicaciones” en Lichtenfels,
Alemania. Allí, todos los modelos de impresoras que comercializa actualmente se encuentran
en exposición para que los clientes interesados puedan visitarlas y fabricar piezas y modelos que
crean oportunos para probar la tecnología con ellas. Además, el centro sirve como lugar donde
realiza sus cursos de formación y entrenamiento a sus clientes y lleva a cabo labores de difusión
de la tecnología mediante congresos y jornadas abiertas.
Por lo tanto, “Concept Laser” es una empresa especializada en ofrecer todos los servicios y
materiales necesarios para comercializar sus máquinas de fusión en lecho de polvo de metales,
con un amplio rango de polvos metálicos de aplicación para el sector aeroespacial.
3.3.1.5. “Renishaw”.
Figura 3-12: logotipo actual de la empresa “Renishaw”.
La empresa británica “Renishaw plc” [145], a diferencia de las demás empresas estudiadas hasta
el momento, no fue fundada para, ni se dedica principalmente, a la fabricación aditiva. La
empresa comenzó sus operaciones en 1973 para dedicarse en general a tareas de ingeniería de
la medición, sensores, espectroscopia y mecanizado de precisión. No fue hasta abril del 2011
cuando, con la adquisición de “MTT Technologies Ltd.” (rama británica de la alemana “MTT
Technologies GmbH”, renombrada y actualmente conocida como “SLM Solutions GmbH”) por
parte de “Renishaw”, que dicha empresa se adentra en el sector de la impresión 3D. Heredando
124
los sistemas de “MTT”, sus únicos dos modelos hasta la fecha pertenecen a las tecnologías de
fusión de metales en lecho de polvo12.
Actualmente sólo comercializan un único modelo, habiendo catalogado y cesado la producción
de su otra alternativa. Sin embargo, debido a los recursos y experiencia de la compañía en otros
sectores de la ingeniería, han introducido tecnologías propias en sus modelos que han servido
para mejorarlos y contribuir a la buena imagen de solidez y robustez que sus máquinas han
adquirido en el sector.
Desde que adquirió “MTT”, “Renishaw” comenzó a realizar tareas de I+D propias referentes a la
tecnología de fusión de metales en lecho de polvo. De esta manera, el 25 de noviembre de 2014
anunció la inminente comercialización de su nuevo modelo de impresora 3D de esta tecnología
[146], bajo el nombre de “EVO Project”. Según la propia empresa, la nueva máquina estará
orientada a la producción industrial de piezas de un solo metal, con énfasis en la automatización
y autonomía del proceso en cuanto al post-procesado y limpieza de la pieza (retirada del polvo
restante y su reciclado). Es previsible que sea puesta en venta en la segunda mitad del 2015 o
principios del 2016.
3.3.1.6. “ReaLizer”.
Figura 3-13: logotipo actual de la empresa “Realizer”.
La empresa alemana “ReaLizer GmbH” [147] actualmente sólo se dedica al desarrollo y
fabricación de impresoras de la tecnología de fusión de metales en lecho de polvo (“SLM”).
Fundada en 1990 (conocida originalmente como “F&S Company”), por los físicos Dr. Matthias
Fockele y Dr. Dieter Schwarze, sus inicios los marcaron desarrollos y comercializaciones en
Europa de la tecnología de fotopolimerización conocida como estereolitografía. Sin embargo, a
partir de 1995 la empresa decidió dedicarse por completo al desarrollo de sistemas de fusión en
lecho de polvo para metales, llegando a registrar varias patentes en 1997 y a comercializar su
primera máquina en 1999, la primera en el mundo de fusión de metales en lecho de polvo.
La empresa “F&S Company”, en los primeros años del nuevo milenio, entró en un acuerdo
comercial con la entonces conocida como “MCP HEK GmbH” (más tarde conocida como “MTT
Technology”, cuya rama alemana sería renombrada a la actual “SLM Solutions GmbH” tras la
adquisión de la rama británica por “Renishaw”), que uniría a varias instituciones y empresas para
el desarrollo y eventual comercialización de nuevas máquinas de fusión de metales en lecho de
polvo. Sin embargo, esta unión de instituciones y empresas alemanas se disolvería unos años
más tarde, razón por la cual existen varias empresas actualmente, en su mayoría alemanas, que
emplean y desarrollan la tecnología de fusión en lecho de polvo para materiales metálicos. En
12
La empresa comercializa otra línea de máquinas para la fabricación de moldes que no se puede
considerar como una tecnología de AM aunque la propia empresa la cataloga como tal.
125
concreto, el Dr. Dieter Schwarze se quedaría con la empresa actualmente conocida como “SLM
Solutions” mientras que el Dr. Matthias Fockele fundaría la empresa objeto de este apartado,
“ReaLizer” – razón por la cual ambas empresas emplean la marca registrada de “SLM” y algunos
de sus modelos de máquinas son compartidos por ambas.
“ReaLizer” actualmente comercializa cuatro modelos de máquinas, enfocadas a la producción
de componentes finales y prototipos de alto rendimiento. Cabe destacar que ha sido una de las
primeras empresas que ofrece una máquina de fusión de metales en lecho de polvo de
dimensiones lo suficientemente reducidas como para poder considerarse “de escritorio”. La
mayoría de sus máquinas integran sistemas automáticos de reciclado y filtrado de polvo. Así
mismo, la propia empresa desarrolla y provee a sus clientes los materiales que emplean sus
máquinas.
3.3.1.7. “SLM Solutions”.
Figura 3-14: actual logotipo de la empresa “SLM Solutions”.
“SLM Solutions GmbH” [148] como tal no surgiría hasta la venta a “Renishaw” de la rama
británica de “MTT Technologies” en el año 2011. La rama alemana, de igual nombre, se convirtió
en la empresa de este apartado, cambiando su designación poco después de la separación de
ambas. A su vez, las dos surgieron de una rama de la empresa alemana “MCP HEK”, que comenzó
a indagar en la tecnología de la fusión de metales en lecho de polvo en el año 2000,
desarrollando varias generaciones de modelos de impresoras hasta el momento en el que surgió
esta empresa dentro de un acuerdo comercial con otras empresas e instituciones alemanas del
sector, aunque se separaría unos años más tarde.
Actualmente la empresa comercializa tres modelos de impresoras de la tecnología estudiada
como “SLM”, que dirige a los sectores aeroespacial, de la automoción, médico y académico con
énfasis en la fabricación de prototipos o piezas para pequeñas series de producción. Así mismo,
proporcionan a sus clientes todos los consumibles necesarios para la operación de sus
impresoras, en especial los metales y aleaciones en polvo que emplearán.
126
3.3.1.8. “Stratasys”.
Figura 3-15: logotipo actual de la empresa “Stratasys”.
La otra empresa estadounidense dominante del sector, “Stratasys Ltd.” [149] se encuentra en
una batalla encarnecida contra su rival, “3D Systems”, para intentar dominar su sector del
mercado de la impresión 3D en su país natal y, en menor medida, en el resto del mundo. Sin
embargo, a diferencia de “3DS”, “Stratasys” ha apostado por limitar el rango de las tecnologías
de fabricación aditiva que ofrece a las de modelado mediante depositado de fundidos (“FDM”)
y a sistemas basados en sistemas de impresión mediante inyección de material. Aunque con
menores adquisiciones y menor tamaño que “3DS” (cuenta con alrededor de 500 empleados en
todo el mundo), esta empresa ha sabido abrirse paso en el mercado ofreciendo máquinas de
pocas tecnologías dirigidas a todos los sectores posibles, desde el sector familiar o doméstico
hasta empresas productoras.
Fundada en 1989 por el matrimonio Crump en Minnesota, inventores de la tecnología “FDM”,
comercializó en 1992 su primera impresora basada en esta tecnología que patentaron. Durante
la siguiente década y media la empresa siguió desarrollando esta tecnología, comercializando y
ofreciendo nuevas máquinas, llegando a dar la fama y a extender la tecnología de “FDM” por
todo el mundo, haciéndose un hueco importante en el sector – para el año 2003 las máquinas
basadas en “FDM” eran las impresoras 3D más vendidas en todo el mundo. De hecho, el 2007
vio como el 44% de todos los sistemas de fabricación aditiva suministrados mundialmente
pertenecieron a “Stratasys”.
No fue hasta el año 2012 cuando la empresa amplió su oferta tecnológica con la adquisición de
la empresa israelí “Objet Ltd.”, especializada en tecnologías de impresión mediante inyección
de material. De esta manera, empezó a comercializar desde entonces una nueva serie de
modelos que destacan por ofrecer la opción de imprimir modelos en color.
Recientemente, “Stratasys” ha consolidado su posición dentro del sector de la fabricación
aditiva al realizar la compra de las empresas estadounidenses “MakerBot” (Junio de 2013),
“Solid Concepts” y “Harvest Technologies” (Julio de 2014), empresas que ofrecían servicios
integrales de fabricación aditiva para clientes que deseaban fabricar piezas mediante estas
tecnologías pero sin tener que adquirir impresoras. De esta manera, “Stratasys” posee no solo
la producción de nuevos modelos de máquinas de “FDM” y de impresión con inyección de
material, sino que a través de estas empresas ofrece servicios de fabricación a sus clientes
empleando máquinas de casi todas las tecnologías de fabricación aditiva más comunes
actualmente, incluyendo procesos de sinterización en lecho de polvo de metales, cerámicos y
compuestos, entre otros.
Junto al desarrollo de máquinas, “Stratasys” trabaja continuamente para desarrollar nuevos
materiales para uso en sus impresoras, ofreciendo termoplásticos de alta gama y noveles que
han llegado a emplearse y certificarse para su uso en aeronaves, como el “ULTEM 9085” [150].
127
Entre las contribuciones recientes más notables de esta empresa al sector está la fabricación del
automóvil híbrido “Urbee” junto con la empresa estadounidense de ingeniería “KOR Ecologic”.
3.3.1.9. “Solidica” y “Fabrisonic”.
Figura 3-16: logotipos actuales de las empresas “Solidica” y “Fabrisonic”.
La estadounidense “Fabrisonic LLC” [151], empresa filial de “Solidica” [152], es la única empresa
que actualmente desarrolla, fabrica y comercializa máquinas de fabricación aditiva
pertenecientes al grupo tecnológico estudiado como consolidación ultrasónica. La propia
empresa se autodefine como una “empresa pequeña” enfocada a la tecnología con la agilidad y
capacidad técnica suficientes como para mantener el ritmo y adaptarse a los rápidos avances en
el sector de la fabricación.
Fundada en el 2011 por la organización de investigación “EWI” de Ohio, Estados Unidos,
actualmente la empresa posee nueve patentes que cubren todos los aspectos de lo que se ha
estudiado como el proceso de fabricación aditiva mediante consolidación ultrasónica, lo que les
proporciona, hasta que las patentes caduquen, control total sobre esta tecnología. Desde la
fundación de la empresa, han comercializado tres modelos de máquinas que han dirigido a
clientes del ámbito de la producción industrial, aunque también ofrecen servicios de fabricación
de piezas entregadas por clientes. Como casi todas las empresas estudiadas, también ofrecen
flexibilidad en cuanto a las máquinas que ofrecen, pudiendo estudiar la personalización de sus
modelos para satisfacer las necesidades de cada cliente.
3.3.1.10. “Arcam AB”.
Figura 3-17: logotipo actual de la empresa “Arcam AB”.
“Arcam AB” [153], empresa sueca fundada en 1997, es la única a escala mundial que fabrica
máquinas estudiadas en este Proyecto como de “EBM”, es decir, de fusión de metales en lecho
de polvo mediante el empleo de haz de electrones en vez de tecnología láser. Según la propia
empresa, su tecnología exclusiva se encuentra patentada y protegida a escala mundial; tiene
registradas más de 25 familias de patentes y más de 50 se le han concedido en varios países.
128
Lanzó su primer modelo comercial en el 2002, y desde entonces la empresa se ha hecho hueco
en el sector de la fabricación de implantes ortopédicos y aplicaciones aeroespaciales. Sin
embargo, no fue hasta el 2007 que la compañía ganó notoriedad internacional tras recibir varias
certificaciones y ganar un contrato de producción con una gran empresa italiana de implantes
ortopédicos. Desde entonces, ha lanzado varios modelos nuevos dirigidos al sector ortopédico,
en el 2009 y 2013, mientras que también ha desarrollado y comercializado máquinas para uso
específico en el sector aeroespacial, lanzadas en el 2012 y 2013.
La empresa desarrolla y comercializa su propia línea de materiales metálicos en polvo, muy
restringida si se compara con otras empresas de fusión en lecho de polvo, pero comprensible si
se tiene en cuenta sus aplicaciones. Principalmente comercializa titanios y superaleaciones de
cobalto-cromo. Así mismo, ofrecen servicios posventa, de entrenamiento y de desarrollo de
paquetes informáticos para el uso en sus máquinas.
Actualmente, tiene presencia en Suecia, Estados Unidos, Italia, China y Reino Unido, donde se
localizan algunas de sus oficinas e instalaciones.
3.3.1.11. “Sciaky Inc.”.
Figura 3-18: logotipo actual de la empresa “Sciaky Inc.”.
Empresa estadounidense basada en Chicago fundada en 1939, “Sciaky” [154] originalmente se
dedicaba a ofrecer soluciones y desarrollo de sistemas de soldadura para la fabricación. Sin
embargo, el desarrollo de la tecnología de soldadura por haz de electrones dio lugar a
aplicaciones de fabricación aditiva que se han estudiado en el capítulo anterior bajo el nombre
de “EBAM”. Básicamente, se trata de un sistema de fabricación aditiva de depositado mediante
energía dirigida donde se emplea metal en forma de alambre que se funde y deposita
empleando un haz de electrones dentro de una atmósfera protectora. Comenzaron a
comercializar su único modelo hasta la fecha el 1 de Septiembre de 2014.
La exclusividad de esta tecnología ha hecho que esta empresa sea beneficiaria y pionera en
aplicaciones aeroespaciales – de hecho, ha conseguido multitud de contratos con empresas
aeronáuticas como “Boeing”, “Lockheed Martin” e instituciones del sector como “DARPA” y las
Fuerzas Aéreas estadounidenses.
La empresa lleva a cabo extensas labores de I+D para continuar desarrollando y mejorando su
sistema de fabricación aditiva, orientado principalmente a aplicaciones aeroespaciales – tanto
hardware como software. De manera conjunta, la empresa sigue ofreciendo máquinas y
sistemas de soldadura para aplicaciones más convencionales.
129
3.3.1.12. “BeAM”.
Figura 3-19: logotipo actual de la empresa “BeAM”.
Empresa francesa que surgió a partir de la adecuación de sistemas de “laser cladding”
desarrollados por el instituto francés de I+D “IREPA LASER” [155] para la fabricación aditiva. El
resultado de tres tesis doctorales, se pudo emplear los más de 15 años de experiencia de dicha
institución para desarrollar la primera máquina de fabricación aditiva que emplea tecnología de
depositado mediante energía dirigida, empleando sistemas láser y polvos metálicos.
“BeAM” [156] comercializó su primera máquina de fabricación aditiva industrial en el año 2009,
y en los pocos años hasta la actualidad se ha situado en el primer plano del empleo de esta
tecnología para la fabricación y reparación de piezas a nivel europeo, en parte por ser los
pioneros de esta tecnología en nuestra región.
Actualmente ofrecen tres modelos de esta tecnología que ofrecen gran versatilidad y
modularidad para poder ser adoptadas fácilmente en entornos industriales productivos ya
existentes. Como la propia tecnología de la que proviene, las máquinas de esta empresa no sólo
ofrecen aplicaciones para la fabricación de piezas nuevas, sino para la reparación y regeneración
de piezas ya existentes dañadas o desgastadas. De hecho, la empresa posee una gran
experiencia con la reparación de cientos de componentes de aerorreactores mediante su
tecnología.
Según la propia empresa, dirigen sus productos a los sectores aeroespacial, de defensa y de
tecnología nuclear y médica. Desarrollan paquetes informáticos para llevar a cabo la reparación
y fabricación mediante sus máquinas al igual que servicios de entrenamiento y posventa.
3.3.1.13. Otras empresas de interés.
Tras la breve mención de las principales empresas fabricantes de impresoras 3D actuales de las
tecnologías “de interés”, cabe también hacer mención de otras empresas que, aunque no
posean el renombre o el alcance de mercado que las discutidas anteriormente, son relevantes
localmente o están en auge. A su vez, se recomienda consultar encarecidamente [157], donde
se encuentra un directorio más completo sobre las empresas actuales del sector de la impresión
3D así como información relevante sobre ellas.
Otras empresas notables incluyen:
130






“Aspect” [158]. Empresa japonesa que fabrica impresoras de fusión en lecho de polvo
“BigRep” [159]. Fabricante alemán de una impresora de extrusión con una capacidad de
1,3 m3. Se encuentran desarrollando la segunda generación de estas máquinas.
“Farsoon” [160]. Empresa china que fabrica máquinas de sinterización por láser (en
lecho de polvo).
“InssTek” [161]. Empresa surcoreana de fabricación de impresoras de depositado
mediante energía dirigida.
“TPM China” [162]. Fabrica modelos de impresoras de sinterización por láser (en lecho
de polvo).
“Wuhan Binhu Mechanical & Electrical Co.” [163]. Empresa china fabricante de
impresoras de fusión y sinterización en lecho de polvo, entre otras.
3.3.2. Discusión sobre el estado actual del mercado. Tipos
adicionales de empresas.
El sector de la fabricación aditiva actualmente se encuentra divido entre:





Las empresas fabricantes de impresoras (que también suelen ser las que fabrican el
material para ellas)
Las empresas que ofrecen imprimir productos para clientes (comercialización del
servicio de la impresión 3D)
Empresas comercializadoras – que se dedican a vender máquinas de un gran número
de fabricantes, con o sin contratos especiales de afiliación a ciertos fabricantes
Empresas terceras que fabrican material para uso en una variedad de máquinas sin
estar restringida a ningún fabricante o modelo
Empresas de desarrollo de paquetes informáticos que se emplean para el desarrollo
CAD o para realizar la conversión al formato de la máquina
Así mismo, el sector se encuentra dividido en dos grandes grupos: aquellas empresas que dirigen
sus servicios a grandes clientes industriales, y aquellas que lo hacen a las pequeñas empresas y
a los particulares.
Las empresas fabricantes de ambos grupos se encuentran en una encarnizada lucha por
dominar las ventas dentro de su área de interés, usualmente agrupadas por grupos tecnológicos
– bien mediante la adquisición de empresas menores que van surgiendo, bien enfocando sus
esfuerzos en el desarrollo y especialización de sus productos. Dichas empresas también son las
que llevan a cabo la mayor parte del I+D para continuar el avance tecnológico en el sector,
aunque la mayoría siguen rigiéndose por la política de investigaciones cerradas sin comunicación
ni transferencia de ideas dentro del sector y la monopolización de sus inventos mediante el
registro de patentes. Sin embargo, muchas patentes o tecnologías se pueden modificar
ligeramente para así evitar los problemas legales que conllevan, surgiendo así empresas a partir
de una tecnología patentada por otra pero lo suficientemente diferente como para que la
empresa original no pueda ganar el caso jurídico cuando reclaman. Así mismo, no es raro
131
encontrar empresas que patentan a su vez estos “inventos” que realizan modificando
ligeramente otras patentes.
En contraposición a esto, han surgido varios proyectos y empresas de índole más pequeña pero
con la idea clara de la libre circulación de ideas para que la comunidad técnica pueda desarrollar
conjuntamente las tecnologías de forma más eficiente y rápida. El proyecto “RepRap” es un
ejemplo reciente de esta idea; muchísimas empresas que comercializan nuevas tecnologías y
máquinas han surgido de esta iniciativa en menos de una década, aunque se suelen limitar a los
sectores de la impresión a menor escala que la industrial.
Por lo tanto, el mercado actual se encuentra dominado por las encarnaciones actuales de las
primeras empresas de fabricación aditiva que se fundaron a finales de los 80 y principios de los
90 en Estados Unidos y Europa. Sin embargo, durante los últimos años, cuando muchas de las
patentes originales han empezado a caducar, muchas empresas están empezando a surgir –
sobre todo en la región asiática: en China, Corea y, en menor medida, Japón. Existen algunas
empresas de la India que también están empezando a surgir, y se prevé que algunas empresas
en Latinoamérica nazcan en los próximos años. Las grandes asiáticas están ya comenzando a
ofrecer sistemas de alta gama que comienzan a competir a escala mundial con los modelos
industriales de las principales empresas que se han estudiado aquí, por lo que no sería de
sorprender que antes de que finalice la década actual se hagan hueco entre los líderes del
mercado actual.
Las empresas de servicios de impresión 3D ofrecen un buen compromiso y una opción viable
para aquellas industrias interesadas en la fabricación de piezas mediante la fabricación aditiva
pero que no les saldría rentable la adquisición de una impresora (o varias). Estas empresas se
suelen especializar en uno o varios sectores, adquiriendo máquinas de uno o varios fabricantes
para así intentar cubrir la demanda de las distintas tecnologías que prevén que tengan sus
clientes. Sus modelos financieros y de comercialización se suelen basar en la amortización de
sus máquinas mediante la venta del servicio de la impresión, por lo que sus precios se basan en
calcular los gastos de electricidad, mantenimiento, mano de obra y material que emplean en la
fabricación de cada pieza y así añadirle una plusvalía razonable para obtener beneficios.
Como en el caso de las empresas fabricantes de impresoras, existen dos tipos de empresas de
servicios de impresión, aquellas enfocadas a los grandes clientes industriales y aquellas dirigidas
a las pequeñas empresas y particulares. Un servicio que suelen ofrecer la mayoría de estas
empresas es un amplio sistema de asesoramiento para ayudar a sus clientes diseñar y elegir qué
materiales o tecnologías de impresión se ajustan más a sus necesidades. Usualmente, estas
empresas disponen de páginas de internet donde el cliente puede subir directamente los
archivos CAD o de la máquina (como STL) de sus diseños que la empresa posteriormente
procesará y usará para fabricar la pieza o piezas que el cliente les requiere. Tras esto, la empresa
se encarga de enviar al cliente la pieza o piezas fabricadas mediante servicios de mensajería.
Sin embargo, para grandes clientes, el uso de esta clase de servicios suele presentar un riesgo
adicional: la revelación de secretos, como se puede apreciar en [164]. Muchas empresas
prefieren comprar una impresora a contratar el servicio de impresión a terceros por miedo a
que sus diseños y piezas se puedan filtrar a otras empresas, perdiendo así competitividad.
132
La competitividad entre estas empresas se basa, a igualdad de sector al que dirigen sus servicios,
en el tiempo que tardan en fabricar y enviar la pieza, en la diversidad y calidad de las máquinas
y tecnologías de las que disponen y en el servicio de asesoramiento que ofrecen a sus clientes,
tanto existentes como potenciales. Destacar en uno o más de estos aspectos sobre las demás
presta a dicha empresa la condición de poseer una mayor relevancia en el mercado y, por tanto,
la posibilidad de que más clientes contraten sus servicios. Ejemplos notables de este tipo de
empresas son “3D Creation Lab” [165] en Reino Unido, “Materialise OnSite” [166] en Bélgica y
“FIT Production” [167] en Alemania, aunque una lista más completa se puede encontrar en [157].
Obviamente, los servicios de estas empresas no están restringidos por región, suelen ofrecer la
opción de mensajería internacional para la entrega de los productos impresos a la mayor parte
del mundo, aunque cuanto más lejos y remoto esté el destino, más se encarecerá el coste y
tiempo de transporte, por lo que la elección de una empresa local o dentro de la misma región
suele ser recomendable.
A su vez, existe otro tipo de empresa que se puede incluir en esta categoría que se pueden
considerar como un paso por encima de éstas. Se trata de empresas que han surgido,
usualmente basadas completamente en internet, que se encargan de ofrecer el servicio de
impresión 3D desde un nivel más genérico y ofrecen un servicio de un servicio. Es decir, de cara
al cliente, siguen asesorando y son las empresas con las que éste tiene contacto, pero a su vez
dicha empresa actúa como cliente de otras empresas de servicios de impresión 3D como las que
se han descrito aquí con anterioridad. Es decir, el cliente es a su vez cliente de otra empresa a
través de ésta, pero sin su involucración directa.
Las ventajas de éstas suelen ser la adquisición de piezas de una manera más eficiente y libre de
preocupaciones por parte del cliente original ya que la empresa contratante de primera
instancia es la que se encarga de distribuir la producción entre varias empresas de su red,
disponiendo de ventajas con éstas por ser un cliente a más gran escala. Sin embargo, si no son
gestionadas adecuadamente, pueden encarecer los precios para el cliente final, por lo que su
uso conlleva un estudio más exhaustivo. Un ejemplo notable de este tipo de empresa es “3D
Hubs” [168].
Para aquellos clientes con intención de compra de un sistema de impresión 3D, pueden ir
directamente a los fabricantes o hacer uso de empresas comercializadoras. Como los
concesionarios genéricos de automóviles, estas empresas pretenden reunir modelos de todos
los fabricantes relevantes de un grupo tecnológico para que su adquisición se facilite por parte
del cliente, que en caso contrario tendría que consultar a cada empresa individualmente y
esperar mientras realiza varios presupuestos simultáneamente. Desde otra perspectiva, este
tipo de empresas ofrece un beneficio adicional para empresas fabricantes que quizá por su
tamaño no deseen ser ellos mismos los encargados de la comercialización de sus propios
equipos, por lo que contratan este servicio a estas empresas.
Estas empresas no se suelen limitar a la venta de impresoras en sí, sino que comercializan
paquetes de software, accesorios (como escáneres 3D), materiales y otros consumibles a la vez
que ofrecen servicios de asesoramiento y de atención al cliente posventa. De hecho, incluso las
empresas fabricantes de mayor importancia suelen subcontratar sus servicios de
comercialización a estas empresas para ciertas regiones donde su comercialización directa
133
resultaría más costoso. Por ejemplo, la empresa “Purple Platypus” [169] se encarga de la reventa
de las máquinas de “Stratasys” en la región suroeste de EE. UU. mientras que la empresa
“Creatz3D” [170] comercializa las impresoras de “Stratasys” y “Arcam AB” en la región asiática
desde Singapur. De nuevo, una lista más comprensiva de este tipo de empresas se puede hallar
en [157].
Por último, las empresas terceras de fabricación de material aún no han despegado del todo.
El sector de la fabricación aditiva se encuentra en una situación de crisis de la comercialización
de material que se detallará y se irá evidenciando en los apartados y secciones restantes de este
capítulo. Básicamente, las grandes empresas fabricantes monopolizan y controlan el desarrollo
y comercialización de material para cada uno de sus modelos. Sin embargo, gracias al impulso
de proyectos de apertura dentro del sector como el “RepRap”, se está dando auge a empresas
terceras que se encargan de fabricar el material de uso en éstas. Esto lleva a una situación de
mercado libre que obra a favor del cliente reduciendo los precios del material y así
incrementando la utilidad y rentabilidad de las impresoras a largo plazo. Actualmente, dichas
empresas fabricantes de material se limitan a la fabricación de filamentos termoplásticos para
uso en la tecnología “FDM” que emplean la mayoría de las impresoras surgidas del proyecto
“RepRap”. Ejemplos notables son “Fillamentum” [171], “ColorFabb” [172] y “Rigid Ink” [173].
Existen otras empresas que comercializan soluciones de software para el desarrollo CAD y
posterior conversión al formato de la máquina. A su vez, la mayoría de los grandes fabricantes
suelen proveer a sus máquinas de un paquete informático propio que obligan a sus clientes a
usar, aunque el control sobre esto por parte de estas empresas es menor que en el caso del
suministro de material, por lo que no existen demasiados problemas creados a consecuencia de
ello en el sector. Un listado completo de empresas que se dedican al desarrollo de paquetes
informáticos para la impresión 3D se puede encontrar en [157].
En esencia, para un cliente industrial, como sería el caso de una empresa aeroespacial interesada
en adoptar alguna tecnología de fabricación aditiva, tendría que estudiar si le saldría más
rentable o práctico contratar el servicio de impresión 3D para que sus piezas sean fabricadas por
terceros o si deben realizar la adquisición de alguna impresora. A su vez, deben investigar si es
más rentable dirigirse directamente a los fabricantes o si contratan los servicios de empresas de
reventa.
3.4. Estado actual de las tecnologías de AM de
interés.
Según el capítulo anterior, las tecnologías que se determinaron “de interés” para el sector
aeroespacial fueron las pertenecientes a los subgrupos de procesos de fusión en lecho de polvo
(“PBF”), excepto la sinterización selectiva térmica (“SHS”); las de depositado mediante energía
dirigida (“DED”); el proceso de modelado mediante depositado de fundidos (“FDM”) dentro de
las de extrusión y el proceso de laminado denominados de consolidación ultrasónica (“UC”). En
134
este apartado, se estudiará cada grupo y subtecnología indagando en empresas fabricantes y
resaltando la mayoría de los modelos disponibles, mostrando su precio actual y cualquier otro
coste que estuviera disponible.
Por supuesto, este apartado no pretende ser un catálogo para la compra de estas máquinas ni
un presupuesto, sino un estudio sobre modelos representativos y una visión general de los
precios actuales para tener una base para su estudio económico. Si se desease realizar una
consulta económica más detallada más allá del ámbito académico sobre cualquiera de estas
máquinas, se ruega consultar las referencias que se proporcionarán de cada fabricante.
3.4.1. Tecnologías de fusión en lecho de polvo (“PBF”).
Una vez estudiadas de manera general las principales empresas fabricantes de impresoras 3D
del sector, en este apartado se estudiarán los subgrupos tecnológicos relevantes de “PBF”
entrando en modelos de las empresas pertinentes. Para llevar esta labor a cabo, se han
agrupado las tecnologías de “SLS” y “DMLS”, ya que ambas son, en esencia, la misma tecnología
de sinterización; las tecnologías que llegan a fundir el lecho de polvo selectivamente se incluyen
en su propio apartado. Es decir, se han agrupado las tecnologías en dos grupos: las de
sinterización por una parte, y las de fusión por otra.
En cuanto al formato, cada máquina estudiada no sólo en esta sección, sino en todo el apartado
referente al estudio en detalle de los modelos de las distintas tecnologías de interés, seguirá el
mismo patrón o plantilla para agilizar su comprensión y consulta. Dichos estudios se incluyen en
el apartado de Anexos que se irá detallando en cada apartado.
3.4.1.1. Principales fabricantes y máquinas de “SLS” y “DMLS”
(sinterización).
Como se ha comprobado en el apartado anterior, las principales empresas que desarrollan y
comercializan máquinas de sinterización, tanto de metales como de otros materiales, se pueden
agrupar básicamente por región; son dos actualmente: en Norteamérica se encuentra “3D
Systems” y en Europa “EOS”.
3.4.1.1.1. Modelos de “3D Systems”.
De esta empresa, se han considerado los modelos que ofertan actualmente dentro de la
clasificación que la empresa denomina como “de producción” [174], ya que se ha estimado que
para una aplicación aeroespacial, se han de satisfacer las más estrictas exigencias en cuanto a
calidad y materiales empleados para un posible uso de fabricación final. De hecho, la empresa
135
no oferta máquinas de sinterización en lecho de polvo fuera de su línea de máquinas “de
producción”.
“3D Systems” clasifica sus máquinas “de producción” según las tecnologías que denominan de
“Laser Sintering SLS” y “Direct Metal Printing (DMP)”, la única diferencia entre ambas siendo
que la primera emplea materiales poliméricos mientras que la segunda emplea metales y
cerámicos.
En cuanto a precios que se muestran para cada modelo, estos valores se han de tomar como
aproximaciones y nunca como su valor actual o real. Dicha información no es divulgada por la
empresa ya que para la compra de cada máquina se ha de iniciar un proceso de presupuestado
que sólo se realiza con empresas o instituciones interesadas, debido a sus altos precios. Sin
embargo, la información presentada intenta ser lo más próxima posible a sus valores, por lo que,
considerando un margen de error aceptable, los costes presentados se pueden usar para un
estudio académico o generalista; las fuentes empleadas para obtenerlos se incluirán en los
lugares correspondientes.
Para ver los modelos disponibles estudiados, por favor, consulte el Anexo 1.
3.4.1.1.2. Modelos de “EOS”.
En cuanto a la empresa alemana “EOS”, ésta ofrece un total de ocho impresoras de sinterización
en lecho de polvo, cuatro de ellas para materiales poliméricos y las cuatro restantes para
materiales metálicos. A diferencia de “3D Systems”, la empresa “EOS” sólo ofrece modelos de
máquinas orientadas directamente al sector de la producción industrial, por lo que casi todas
las máquinas que actualmente ofertan podrían ser de potencial interés para los objetivos de
este Proyecto. Otro aspecto a destacar es que la mayoría de las impresoras se comercializan en
formato modular, por lo que su compra y posible reemplazo de módulos desfasados se hace
más fácil y económico comparado con tener que realizar la compra de una impresora completa.
Sin embargo, al igual que en el caso anterior, la propia empresa es la encargada de comercializar
y suministrar el material para uso en sus impresoras, y, al igual que en el caso anterior, la
información sobre los precios de la materia prima no se proporciona de manera oficial incluso
tras contactar con ellos – sólo suministran dicha información a sus clientes existentes o en
proceso de realización de un presupuesto serio. La poca información disponible procede de
terceros y no se considera de suficientemente precisa o fiable como para incluirse en este
estudio.
De igual manera, el precio oficial de las máquinas no se divulga por parte de la empresa a no ser
que se esté realizando un presupuesto para la compra por parte del cliente. Dada la naturaleza
de estas máquinas y el grado de personalización que se ha de alcanzar para ajustarse a las
necesidades de cada cliente industrial interesado en la compra de una impresora, dicha postura
se entiende, ya que el precio puede fluctuar de manera importante dependiendo de la
configuración elegida. Sin embargo, a diferencia del caso del material, existe información más
fiable de terceros y otras empresas dedicadas a la venta que proporcionan valores que
corresponden al rango o al precio base de dichas máquinas. Como en el caso anterior, por cada
136
precio listado se incluirán las fuentes de donde procede dicha información. Se ha optado por
usar el dólar americano (USD) para listar los precios para permitir una comparación más
eficiente entre las diferentes empresas.
Para consultar los modelos que ofrece actualmente “EOS”, por favor, consulte el Anexo 2.
3.4.1.2. Principales fabricantes y máquinas de “SLM” (fusión).
Dentro de la categoría de máquinas de fusión de metales en lecho de polvo, existen multitud de
empresas de gran notoriedad dentro del sector que ofertan y comercializan modelos, sobre todo
procedentes de países europeos con una fuerte presencia alemana. Es importante resaltar aquí
que todas estas impresoras, por su naturaleza tecnológica, sólo procesan metales como material
de trabajo.
Como se pudo comprobar en el apartado de los principales fabricantes, dichas empresas
actualmente son “ConceptLaser”, “SLM Solutions”, “Renishaw” y “ReaLizer”, por lo que sus
modelos se estudiarán a continuación de manera similar a como se viene haciendo hasta ahora,
centrándose en aquellas impresoras de interés para el sector aeroespacial. Adicionalmente, se
pueden incluir los modelos de la empresa “Arcam AB” en este estudio, pues forman parte de las
máquinas de fusión de metales en lecho de polvo pero empleando un haz de electrones en vez
de tecnología láser.
3.4.1.2.1. Modelos de “ConceptLaser”.
La alemana “ConceptLaser” ofrece una amplia gama de máquinas de fusión de metales en lecho
de polvo que agrupa según el sector al que van dirigidas, como se puede encontrar en [228]:






Aeroespacial: “M1 Cusing”, “M2 Cusing”, “M2 Cusing Multilaser”, “X Line 1000R”
Automoción: “M1 Cusing”, “M2 Cusing”, “M2 Cusing Multilaser”, “X Line 1000R”
Dental: “Mlab Cusing”, “Mlab Cusing R”, “M1 Cusing”, “M2 Cusing”, “M2 Cusing
Multilaser”
Médico: “Mlab Cusing R”, “M1 Cusing”, “M2 Cusing”, “M2 Cusing Multilaser”
Joyería: “Mlab Cusing”, “Mlab Cusing R”
Fabricación de moldes: “M1 Cusing”
Por lo tanto, se puede comprobar que la empresa ofrece un total de 6 modelos de impresoras
diferentes, aunque sólo serían de interés para este Proyecto las orientadas al sector aeroespacial,
es decir, las “M1 Cusing”, “M2 Cusing”, “M2 Cusing Multilaser” y la “X Line 1000R”, por lo que
dichos cuatro modelos son los que se estudiarán en el Anexo 3.
137
3.4.1.2.2. Modelos de “SLM Solutions”.
“SLM Solutions” actualmente ofrece tres modelos diferentes de impresoras de fusión de metales
en lecho de polvo, las “SLM 125 HL”, “SLM 280 HL” y “SLM 500 HL”. El enfoque de esta empresa
es la de ofrecer impresoras para el mercado industrial, para tareas de producción, fabricación
de prototipos funcionales y para tareas de I+D. Sus modelos se estudian en el Anexo 4.
3.4.1.2.3. Modelos de “ReaLizer”.
La empresa “ReaLizer” ofrece cuatro modelos actualmente, de los cuales uno no se comercializó
hasta mayo de 2015. No disponen de un modelo de alta gama similar a los de estas
características de las otras empresas que ya se han estudiado, aunque esto lo palian ofreciendo
una gama más amplia de modelos de gama media, especialmente orientados a producciones a
más pequeña escala. Cabe una mención especial al modelo base, el “SLM 50”, especialmente
diseñado para ser una impresora de metales de “escritorio”. La empresa comercializa sus
máquinas para aplicaciones industriales y de investigación, con especial énfasis en la fabricación
de piezas de tamaños reducidos. En el Anexo 5 se estudian los cuatro modelos que la empresa
oferta.
3.4.1.2.4. Modelos de “Renishaw”.
La empresa inglesa “Renishaw” sólo dispone de un modelo de impresora 3D de fusión de
metales en lecho de polvo que actualmente comercializa, el “AM250”. El modelo anterior, el
“AM125” se ha descontinuado, aunque siguen ofreciendo servicio posventa para los clientes
que adquirieron dicho sistema.
En cuanto al modelo “AM 250”, éste se ha diseñado específicamente para la producción
industrial en el sector aeroespacial y otros sectores industriales de alta tecnología y exigencias
de material. Posee sistema dual de gas para atmósfera protectora – argón para el caso de
procesamiento de metales reactivos como el titanio, y nitrógeno para metales no reactivos. La
cámara de construcción se encuentra sellada herméticamente y reforzada, por lo que disminuye
el consumo de gas inerte y contribuye a conferirle a la impresora una mayor durabilidad y
robustez. Los detalles de esta máquina se encuentran en el Anexo 6.
3.4.1.2.5. Modelos de “Arcam AB”.
Actualmente, esta empresa sueca es la única en el mundo que comercializa máquinas de fusión
de metales en lecho de polvo empleando la tecnología de haz de electrones, por lo que dicha
tecnología corresponde a la estudiada como “EBM”. Actualmente comercializa la tercera
generación de máquinas, por lo que todas ellas disponen de la tecnología de haz de electrones
más reciente que permite mantener varias zonas del lecho de polvo en estado líquido
simultáneamente, aumentando considerablemente la productividad. Sin embargo, todas ellas
138
requieren de la creación del vacío en la cámara constructiva, hecho que consigue empleando
una pequeña presión parcial de helio. Así mismo, el interior de la cámara constructiva se
encuentra a una alta temperatura durante el proceso, lo que hace necesario el empleo de un
sistema de refrigeración activo por agua para mantenerla. Por esta razón, los tamaños
constructivos máximos no se encuentran en el mismo rango que el de las otras máquinas de
“SLM” en comparación con las dimensiones de las máquinas.
Tal como se describió al estudiar esta empresa, sus impresoras están orientadas principalmente
a dos sectores: a la fabricación de implantes médicos y a la fabricación de componentes
aeroespaciales. Por esta razón, todas las máquinas de “Arcam AB” sólo disponen de dos grupos
de materiales: titanio y sus aleaciones y aleaciones de cobalto-cromo. Así mismo, sus impresoras
se dividen en aquellas destinadas a la fabricación de implantes y aquellas destinadas a la
fabricación de componentes aeroespaciales, aunque esto no significa que dichas máquinas no
se puedan emplear para otros fines. Es por esta razón que todos los modelos se detallarán, pues
cada uno podría tener un interés potencial para los objetivos de este Proyecto.
La empresa actualmente comercializa tres modelos que se detallan en el Anexo 7.
3.4.1.3. Discusión sobre el mercado de impresoras de “PBF”.
El primer elemento que salta a la vista tras el estudio de los principales modelos ofertados
actualmente a escala mundial en cuanto a máquinas de fusión y sinterización en lecho de polvo,
es la escasez de información en cuanto al coste a largo plazo del material que se ha de emplear.
Al ser desarrollados, fabricados y comercializados por la propia empresa, el monopolio sobre
esta información se puede entender desde el punto de vista de que dichas empresas obtienen
grandes ingresos y beneficios a largo plazo al monopolizar el suministro de material para que las
impresoras sigan funcionando. Así mismo, hacen uso de estrategias contractuales para romper
la garantía o acuerdo de servicios si el cliente operador de una impresora emplea otros
materiales procedentes de terceros. Esto hace que sea imposible realizar un estudio serio sobre
los costes a largo plazo, pero tras la investigación llevada a cabo, se intuye que el precio en
cuanto al mantenimiento es lo suficientemente elevado como para que tenga un peso
importante en la decisión de adquisición. Una discusión más profunda sobre el estado de la
comercialización del material se llevará a cabo en apartados venideros.
Se establece en el orden de varios cientos de miles de dólares adicionales sólo para realizar la
compra de todos los sistemas adicionales (gases para la atmósfera inerte, instalación, material,
etc.), que puede llegar a ascender hasta los $300.000 (USD) adicionales según [213], [164] y
[218]. Obviamente, esta cantidad variará según cada caso e impresora, por lo que se recomienda
la realización de un estudio más exhaustivo presupuestario para aquellas entidades que planeen
adquirir y poner una impresora de estas características en marcha.
139
3.4.2. Tecnologías de depositado mediante energía dirigida
(“DED”).
Tras el extenso estudio de las tecnologías de fusión y sinterización en lecho de polvo del
apartado anterior, este apartado se centrará en las tecnologías de depositado mediante energía
dirigida. Aunque no existe la misma variedad de empresas y modelos disponibles como en el
caso de las tecnologías “PBF”, esto se comprende ya que todas las máquinas de “DED” actuales
sólo se comercializan para grandes clientes industriales ya que, como se pudo estudiar en el
capítulo anterior, estas máquinas no sólo se emplean para la fabricación aditiva, sino para la
reparación o regeneración de piezas metálicas dañadas o desgastadas. El empleo casi exclusivo
de materiales metálicos también hace que este grupo de tecnologías se diferencie de las ya
estudiadas en cuanto a alcance en la industria, ya que la mayoría de estas máquinas van dirigidas
al sector aeroespacial u otros similares, donde se exigen altas precisiones, altas complejidades
geométricas y estrictas exigencias de material.
Aunque sólo se estudiarán los modelos de tres empresas dentro de este apartado, esto se debe
entender como una selección de las empresas más relevantes y no como una recopilación de
todas las empresas existentes. Como se pudo comprobar en el apartado correspondiente de
este capítulo, existen muchas empresas dedicadas a la fabricación de impresoras 3D dentro de
cada grupo tecnológico, y las de “DED” no son ninguna excepción. Por ende, la selección que
sigue se debe entender a modo de una muestra representativa del sector.
3.4.2.1. Modelos de “Optomec”.
La empresa norteamericana “Optomec” ofrece una selección de tres impresoras que emplean
la tecnología “DED” que han denominado “LENS”, empleando tecnología láser para fundir polvo
metálico. Así mismo, ofrece un sistema adicional para su integración en centros de mecanizado
de control numérico, aunque éste no se estudiará aquí ya que no forma parte del objetivo de
este Proyecto.
En el Anexo 8 se estudiará cada modelo que actualmente oferta la empresa.
3.4.2.2. Modelos de “BeAM”.
La francesa “BeAM” ofrece un conjunto de tres modelos de impresoras que cubren un gran
rango de dimensiones constructivas. Ofrecen máquinas que emplean metales y cerámicas en
polvo que se funden por tecnología láser. No se encuentra disponible una lista comprensiva de
materiales que estas máquinas pueden emplear, aunque se infiere que la mayoría de los polvos
metálicos que se pueden emplear en máquinas de características similares también estarán
140
disponibles. Sin embargo, se recomienda contactar con la empresa para obtener una
información más detallada.
En el Anexo 9 se presentan los tres modelos disponibles, así como toda la información relevante
que se ha podido encontrar sobre ellos. Se han ordenado, como en los otros casos, según el
orden de prestaciones, en orden ascendente. Es importante notar que el primer modelo
presentado cambió su designación durante su comercialización, razón por la que existen dos
designaciones para él.
3.4.2.3. Modelos de “Sciaky Inc.”.
Como se estudió en el capítulo primero, la empresa “Sciaky Inc.” actualmente comercializa la
impresora 3D más grande del mundo que imprime empleando metales en forma de alambre y
tecnología de haz de electrones en vez de láser para realizar el fundido y depositado.
Actualmente, sólo disponen de un único modelo, el “VX-110”, que se ha comercializado
recientemente. De hecho, no ha sido hasta agosto de 2014 cuando la empresa realizó la venta
de su primera unidad a una empresa de fabricación de componentes aeronáuticos que no
revelaron [271].
En cuanto a la impresora en sí, ésta ha de crear un vacío parcial dentro de la cámara constructiva,
por lo que se requiere el cierre hermético de dicha cámara. Dispone de fabricación en 5 ejes y
varias configuraciones para fabricar piezas con distintas dimensiones predominantes para así
aprovechar al máximo las dimensiones disponibles de la cámara.
Toda la información relevante sobre esta impresora gigantesca se encuentra en el Anexo 10.
3.4.3. Consolidación ultrasónica.
Actualmente sólo existe una sola empresa a escala mundial que ofrece impresoras 3D de
consolidación ultrasónica, y ésta es “Fabrisonic”. A diferencia de las demás empresas que se han
estudiado en esta sección, tras una extensa investigación se ha descubierto que no existe
ninguna información referente a precios de sus modelos, pues esta empresa presenta algunas
peculiaridades. Para empezar, “Fabrisonic” se trata de una pequeña empresa de unas 10
personas en plantilla [275] que se dedica más al sector del I+D en esta tecnología que en su
comercialización. Sin embargo, en marzo de 2013 entraron en un acuerdo con la empresa de
reventa llamada “WideTech Integrated Systems” para que comercializaran sus máquinas en
Europa e Israel [276], aunque hasta la fecha no hay constancia pública de que se haya producido
alguna venta a la industria. De hecho, las únicas dos ventas que la propia empresa ha anunciado
han sido para los grupos investigadores de tecnología AM de universidades, en concreto una
máquina para la Universidad Estatal de Ohio [277] y otra para la Universidad de Loughborough
en Reino Unido [278].
141
Otra razón por lo que es difícil encontrar cualquier información relevante económica es que sólo
fabrican impresoras a medida, es decir, cada impresora que venden, aunque agrupada bajo un
nombre comercial, se construye de acuerdo a las exigencias del cliente.
A pesar de ello, se ha estimado oportuno estudiar los modelos que anuncian en la página del
fabricante, ya que aunque actualmente no hayan despegado comercialmente dentro de la
industria, sus esfuerzos de I+D eventualmente darán lugar a una comercialización o a la creación
de otras empresas que sí lo hagan. Se recalca una vez más que desde su fundación en el 2011,
sólo se han realizado dos ventas de impresoras de esta tecnología y éstas sólo han ido dirigidas
a grupos de investigación universitarios.
En el Anexo 11 se estudian los datos relevantes sobre los tres modelos que la empresa
“comercializa” actualmente. Se ha obviado la impresora modelo “R200” ya que según la propia
empresa, se trató del primer modelo que desarrollaron para tareas de I+D interno antes de que
desarrollaran los tres modelos que se consideran de la generación actual.
3.4.4. Modelado mediante depositado de fundidos (“FDM”).
Por último, se realizará el estudio económico y de mercado de las impresoras que se han
agrupado bajo la tecnología de “FDM”. Sin embargo, es importante resaltar que esta tecnología
es una de las más extendidas actualmente en el mercado de impresoras 3D “domésticas” ya que
el proyecto “RepRap” hace uso de esta tecnología en todas sus máquinas. Debido a esto, la
popularidad de esta tecnología se ha disparado en los últimos años y muchos individuos asocian
la idea de “impresión 3D” con las máquinas procedentes de “RepRap” que emplean esta
tecnología.
Sin embargo, el amplio rango de aplicación de la tecnología “FDM” ha sido una de las razones
por las que se eligió en el capítulo anterior para un posible interés en el sector aeroespacial, ya
que las máquinas de más alta gama dentro de este sector tecnológico cumplen con los requisitos
técnicos para la fabricación de algunas piezas y componentes aeroespaciales empleando
termoplásticos. Es por esa razón que en este apartado sólo se estudiará una sola empresa para
esta tecnología, ya que los modelos de más alta gama de “Stratasys” son los únicos relevantes
para las aplicaciones objetos de este Proyecto.
Esto no quiere decir que no existan otras empresas fabricantes de impresoras de “FDM” que se
puedan aproximar o ajustar a los requisitos exigidos, simplemente se ha estimado que “Stratasys”
es una buena empresa de referencia para este tipo de máquinas a nivel mundial. Queda a
discreción del lector indagar más a nivel de empresas si realmente desea realizar la compra de
una de estas máquinas.
En el Anexo 12 se presentarán los modelos más relevantes que la compañía “Stratasys” oferta
actualmente así como toda la información técnica y económica disponible.
142
3.5. Estado actual de otras tecnologías de AM.
En este apartado del capítulo actual se mostraran máquinas y empresas reales que
corresponden con las tecnologías de fabricación aditiva que no se han considerado del todo
aptas desde el punto de vista técnico para ser empleadas en el sector aeroespacial actual. Dada
la gran variedad de tecnologías y, por consiguiente, de empresas y modelos concretos de
máquinas, no se pretende aquí hacer un muestrario completo de éstas, sino resaltar las más
importantes, sin llegar al nivel de profundidad que se llegó con las del apartado anterior. Por lo
tanto, el objetivo de este apartado es simplemente servir como punto de partida para un estudio
más profundo para aquellos interesados en ello.
En vez de estudiar cada grupo tecnológico y empresa por separado, se estudiarán todas
simultáneamente, mediante su inclusión en una tabla que recogerá los datos más relevantes de
cada modelo, incluyendo su empresa, denominación, tecnologías, dimensiones de las piezas y
precios así como cualquier fuente que fuera necesaria para indagar más en los que se considere
oportunos.
La Tabla 3-1 presentada en las siguientes dos páginas recoge toda esta información, donde se
han agrupado las impresoras según su grupo tecnológico y su sector de aplicación principal
(industrial de producción, creación de prototipos, uso personal, etc.) para así facilitar su consulta.
No se incluyen detalladamente los materiales que pueden procesar ya que se estudiaron de
manera general en el capítulo anterior y, además, dicha información sólo sería relevante en un
estudio más detallado, que no es el caso aquí – sólo se incluye el tipo general de material que
procesa. Cualquier nombre de empresa que no se haya estudiado en el apartado pertinente de
este capítulo irá acompañada de información adicional.
143
Grupo
tecnológico
Sector de
aplicación
Empresa
Stratasys
Prototipos
industriales
y producción
Procesos de
impresión
con
inyección de
material
3D Systems
Modelado
profesional y
de oficina
Stratasys
3D Systems
3D Systems
Procesos de
impresión
con
inyección de
aglutinante
Prototipos
industriales
y producción
ExOne*
Modelado
profesional y
de oficina
Modelado
profesional y
de oficina
Procesos de
modelado
mediante
depositado
de fundidos
(FDM)
3D Systems
Stratasys
Stratasys
Uso
doméstico y
de bajas
exigencias
MakerBot**
Modelo
Objet1000
[294]
Objet350
Connex 1 [296]
Objet500
Connex 1 [296]
ProJet 5000
[299]
Projet 5500X
[301]
Objet24
[303]
Objet30
[305]
Objet260
Connex3
[307]
Projet 3510
[309]
ProJet 860Pro
[311]
ProJet 660Pro
[311]
S-Max
[314]
S-Print
[316]
M-Print
[318]
M-Flex
[320]
ProJet 460Plus
[311]
ProJet 360
[311]
ProJet 160
[311]
Fortus 250mc
[325]
Dimension Elite
[327]
Dimension
1200es
[329]
Mojo
[331]
uPrint SE
[333]
uPrint SE Plus
[335]
Replicator Mini
[337]
Replicator
[339]
Replicator Z18
[341]
144
Materiales
Dimensiones
máximas de
impresión
(mm)
Foto-resinas
1.000 x 800 x
500
Foto-resinas
342 x 342 x 200
Foto-resinas
490 x 390 x 200
Foto-resinas
550 x 393 x 300
Foto-resinas
550 x 393 x 300
Foto-resinas
240 x 200 x 150
Foto-resinas
300 × 200 × 150
Foto-resinas
255 × 252 × 200
Foto-resinas
298 x 185 x 203
Resinas
termoplásticas
Resinas
termoplásticas
508 x 381 x 229
254 x 381 x 203
Arenas
1.800 x 1.000 x
700
Arenas
800 x 500 x 400
Metales
800 x 500 x 400
Metales
400 x 250 x 250
Resinas
termoplásticas
Resinas
termoplásticas
Resinas
termoplásticas
203 x 254 x 203
203 x 254 x 203
236 x 185 x 127
Termoplásticos
254 x 254 x 305
Termoplásticos
203 x 203 x 305
Termoplásticos
254 x 254 x 305
Termoplásticos
127 x 127 x 127
Termoplásticos
203 x 152 x 152
Termoplásticos
203 x 203 x 152
Termoplásticos
100 x 100 x 125
Termoplásticos
252 x 199 x 150
Termoplásticos
305 x 305 x 457
Precio
(USD)
$750.000
[295]
$190.000
[297]
$250.000
[298]
$155.000
[300]
$225.000
[302]
$19.900
[304]
$44.295
[306]
$170.000
[308]
$69.500
[310]
$118.550
[312]
$79.035
[313]
$1.400.000
[315]
$500.000
[317]
$200.000
[319]
$300.000
[321]
$52.690
[322]
$30.000
[323]
$26.345
[324]
$45.000
[326]
$31.750
[328]
$34.900
[330]
$9.900
[332]
$13.900
[334]
$18.800
[336]
$1.375
[338]
$2.899
[340]
$6.499
[342]
Replicator 2X
[343]
Varios
[345]
3D Systems
Procesos de
fotopolimerización
(SLA, DLP)
Procesos de
sinterización
selectiva
térmica
(SHS)
Procesos de
laminación
(LOM)
Prototipos
industriales
y producción
Uso
doméstico y
de bajas
exigencias
3D Systems
RepRap
Cube 3
[347]
CubePro
[348]
ProX 950
[349]
ProJet 7000 HD
[351]
ProJet 6000 HD
[353]
ProJet 1200
[355]
Termoplásticos
250 x 160 x 150
$2.499
[344]
Termoplásticos
̴ 100 x 100 x 100
hasta
̴ 609 x 305 x 305
$300 - $1.900
[346]
Termoplásticos
152 x 152 x 152
Termoplásticos
275 x 265 x 240
Foto-resinas
1500 x 750 x 550
Foto-resinas
380 x 380 x 250
Foto-resinas
250 x 250 x 250
Foto-resinas
43 x 27 x 150
$999
[347]
$2.799
[348]
$950.000
[350]
$300.000
[352]
$200.000
[354]
$4.900
[355]
Kudo3D***
Titan 1
[356]
Foto-resinas
192 x 108 x 243
$2.899
[357]
Modelado
profesional y
de oficina
Blueprinter****
Blueprinter M2
[358]
Resinas
termoplásticas
200 x 157 x 140
$30.250
[359]
Modelado
profesional y
de oficina
Solidimension×
SD300
[360]
Láminas
termoplásticas
160 x 210 x 135
$14.995
[360]
Tabla 3-1: Recopilación de datos relevantes de las impresoras de otras tecnologías de AM.
*
“ExOne” [361]: empresa norteamericana especializada en la fabricación y comercialización
de grandes impresoras industriales que emplean tecnología de impresión con inyección de
aglutinante para la fabricación de moldes de arena y piezas metálicas.
**
“MakerBot” [362]: empresa norteamericana surgida del proyecto “RepRap”. Fabrica
impresoras domésticas y de prestaciones medio-bajas empleando tecnología “FDM”; junto con
el lanzamiento de su nueva generación de impresoras, han abandonado los códigos de fuente
abierta y han optado por el uso protegido de su propio código.
***
“Kudo3D” [363]: empresa norteamericana fundada por “Kickstarter”; han desarrollado una
impresora “SLA” de bajo coste con patente en trámite. Los primeros modelos se comercializaron
en Diciembre de 2014.
****
“Blueprinter” [364]: empresa danesa desarrolladora de la tecnología de sinterización en
lecho de polvo de termoplásticos estudiada en el capítulo anterior como “SHS”. Sólo
comercializa un único modelo actualmente.
×
“Cubic Technologies” [365]: empresa norteamericana que comercializa un modelo de
impresora que emplea la tecnología de “LOM” procesando láminas de PVC.
145
3.6. Consideraciones finales.
En este apartado, de manera similar al correspondiente del capítulo anterior, se pretende
realizar un análisis conjunto de todo lo que se ha descubierto tras el estudio de mercado llevado
a cabo aquí. Entre los aspectos a presentar, es de importancia resaltar los diferentes problemas
que se han encontrado al realizar la investigación y las implicaciones que podría tener en el
sector y en este estudio. Al final se realizará un resumen y análisis conjunto de las tecnologías
de interés según el punto de vista del precio y algunos parámetros técnicos de relevancia para
así facilitar la realización de una visión global completa para finalmente determinar una lista
definitiva de tecnologías “de interés” una vez realizado el análisis de este capítulo.
3.6.1. El problema de la comercialización del material.
Como se ha podido comprobar a lo largo de este capítulo, actualmente existe un problema en
el mercado de las impresoras 3D en cuanto al suministro y comercialización del material que se
usa para que dichas máquinas fabriquen las piezas requeridas de las mismas. A su vez, como
consecuencia quizá indirecta de esto, se hace casi imposible indagar y determinar los precios
exactos de uno de los mayores costes asociados al mantenimiento de estas máquinas a largo
plazo, es decir, del material – por lo que un estudio económico más exhaustivo en este aspecto
no ha sido posible realizarse aquí.
Tras indagar en el problema, se descubre que la situación actual es consecuencia directa de los
primeros años del auge de la tecnología de impresión 3D, como se comenta en [366]. Con el
auge de las primeras tecnologías de “SLA” y “SLS” en los 80 y 90, las empresas fabricantes de
impresoras se encontraron con el problema de que ningún fabricante de materiales estaba
interesado en producir y comercializar líneas de materiales que se desarrollaron para su uso en
dichas impresoras, debido a que el mercado era tan pequeño en ese entonces. Esto, a su vez,
obligó a las propias empresas fabricantes de las impresoras a desarrollar, producir y
comercializar ellas mismas el material que sus impresoras emplearían, creando así una situación
que la mayoría de las grandes empresas fabricantes de máquinas han mantenido e intentan
mantener en nuestros días.
Es decir, actualmente la mayoría de las grandes empresas estudiadas en este capítulo ofrece sus
propias versiones de materiales que, según las mismas, sólo puede ser usado en sus máquinas,
ya que han sido desarrollados explícitamente para uso exclusivo en ellas. Sin embargo, sobre
todo en cuanto a empresas que comercializan máquinas que se pueden considerar dentro del
mismo grupo tecnológico, los materiales empleados son prácticamente idénticos; de hecho,
durante los últimos años, han comenzado a surgir empresas de terceros que comercializan
material para su empleo en impresoras 3D de determinadas tecnologías, independientemente
del fabricante. Sin embargo, las propias empresas fabricantes de impresoras advierten de que
el empleo de materiales “no-oficiales” (es decir, lo materiales que ellas mismas comercializan
para sus máquinas) rompe la garantía que ofrecen para ellas; los precios por kilogramo de
146
material “oficial” pueden llegar a duplicar o triplicar los precios del material ofertado por
empresas de terceros, es decir, según [273], y como se puede observar en la Figura 3-20, se está
llegando a pagar de los $200 a $330 (USD) por kilogramo por materiales que en el mercado libre
cuestan como mucho $80 (USD) por kilogramo.
Figura 3-20: gráfico ilustrativo sobre los precios de material típico por kg frente al mercado libre (“Free market”) y
mercado cerrado (“Lockin”).
Esto lleva a una situación en la que empresas e instituciones que adquirieron caras impresoras
3D, como las estudiadas en detalle en este apartado (es decir, las “de interés”), se encuentran
en la situación de que no las pueden hacer funcionar ya que no les sale rentable a la larga debido
al problema del suministro del material. Hasta que las empresas fabricantes no abandonen el
monopolio sobre la producción y suministro de material para sus máquinas, el sector no
avanzará como se espera y su implementación y uso en la industria no será tan extendido como
lo sería si otras empresas independientes se encargasen de fabricar y suministrar el material. Es
decir, el sector actualmente se encuentra en la absurda situación que en otros sectores sería
impensable – por ejemplo, si cada fabricante de automóviles comercializara exclusivamente un
tipo de combustible que sólo ellos suministraran para cada uno de sus modelos, o si cada
fabricante de tostadora comercializara un tipo de pan de uso exclusivo para cada máquina.
Obviamente, con la popularidad y mayor penetración en la sociedad y en la industria de las
tecnologías de impresión 3D, más y más empresas fabricantes de material están surgiendo o
planeando hacerlo próximamente, por lo que el problema al que las primeras empresas
fabricantes de impresoras se enfrentaron ya no existe, sobre todo para las impresoras más
baratas que empiezan a llegar a las masas. Sin embargo, hasta que dichas empresas fabricantes
de máquinas no reaccionen y permitan que otras empresas fabriquen los materiales empleados
en las mismas, no se dará el siguiente paso significativo en el sector.
Como se está comprobando, con la caducidad de patentes durante los últimos años, cada vez
más materiales se están comercializando en el mercado libre, y muchos fabricantes de
impresoras pequeños permiten su uso en sus impresoras. Sin embargo, siguen siendo las
grandes empresas, como “3D Systems”, “Stratasys”, “EOS”, etc., las que siguen negándose a
abandonar su actual modelo. Esta situación se agrava en las máquinas orientadas a los sectores
profesionales y de producción, pues al disponer de una base de clientes más pequeña pero de
mayor valor, ejercen un mayor control sobre un asunto tan relevante como éste.
147
3.6.2. Vista general del mercado de AM. Eventos e información
de interés.
En este apartado se discutirán dos temas de interés relevante además de nombrar varios
congresos y exposiciones anuales que guardan gran relevancia dentro del sector de la
fabricación aditiva así como ciertas publicaciones especializadas dedicadas exclusivamente al
sector. Los temas de interés que se tratarán a continuación serán un análisis de la
implementación del formato de archivo estándar propuesto por la ASTM, el “AMF”, y la
evolución del mercado de fabricantes surgidos a través del proyecto “RepRap”.
Tras el análisis llevado a cabo en este capítulo, el estudio de una gran variedad de modelos y de
fabricantes ha puesto en realce el hecho de que la gran mayoría de ellas aún no implementa el
uso del formato de archivo “AMF” a nivel de la máquina. Sin embargo, esto es de esperar, pues
se han de llevar a cabo varios pasos para que finalmente se adopte dicho formato de manera
generalizada, pasos que ya se han comenzado a dar.
El primero fue la aprobación por parte de ASTM de las primeras dos revisiones del formato, tal
y como se estudió en el primer capítulo. El segundo paso, que se está llevando a cabo en la
actualidad, consiste en que los desarrolladores de soluciones CAD permitan y acepten la
exportación de sus archivos a este formato. Ejemplos notables se pueden hallar en
“SOLIDWORKS” de “Dassault Systems” que ya ha anunciado que su versión más reciente
inherentemente acepta este formato [367] y “Cimatron”, otro desarrollador de software CAD,
también ha anunciado que sus programas también lo permitirán [368]. En última instancia, tal
como se señala en [369], sólo es cuestión de que los fabricantes permitan que sus impresoras
hagan uso de este formato. Sin embargo, esto no lo harán hasta que la mayoría de las soluciones
CAD lo soporten; ya existen convertidores informáticos desde el formato “STL” al “AMF”. Por
otro lado, el formato “AMF” es más robusto y eficaz que el actual “STL” y otros, por lo que es
previsible que los fabricantes acaben adoptándolo – aunque se espera que los grandes nombres
sean los que más se resistan ya que, de nuevo, como en el caso del material, supondría una
afronta a su continuado monopolio. Sin embargo, se espera que la lucha por su adopción sea
menor que la que se está llevando a cabo en el caso del material.
A día de hoy aún no existen impresoras de producción o profesionales que acepten el formato
“AMF”.
A lo largo de este estudio, el nombre “RepRap” ha ido apareciendo, aunque no se ha hecho un
estudio más profundo de su impacto sobre el mercado y el sector de la fabricación aditiva.
Aunque no es el objetivo de este apartado sino del último capítulo de este Proyecto, se ha
estimado oportuno, sin embargo, resaltar algunos casos curiosos que han ido ocurriendo dentro
de este fenómeno.
Como ya se ha establecido, el proyecto “RepRap” surgió de una universidad británica a mediados
de la década pasada. La idea se basa en la extensión del principio de software de fuente abierta
y libre (“open source”) al hardware – es decir, que toda la información relevante al desarrollo
de las impresoras 3D en cuanto a sus piezas y componentes sea también “abierto”. Según los
148
defensores de esta filosofía, permite que otros técnicos y profesionales puedan acceder a dicha
información para mejorar los diseños y eventualmente llegar a fabricar impresoras de mayor
calidad con más rapidez y competitividad. Esto daría un impulso significativo al sector de la
fabricación aditiva en su conjunto, avanzando mucho más rápidamente que al ritmo que lo ha
estado haciendo hasta ahora debido al empleo de la filosofía opuesta por las grandes empresas
– es decir, I+D cerrada, ninguna transferencia de ideas y la apropiación y monopolización de sus
desarrollos mediante patentes.
Determinar el beneficio o desventaja de un modelo u otro no es el objetivo de este trabajo, por
lo que no se realizarán valoraciones significantes respecto a este asunto. Sin embargo, se pondrá
en evidencia un caso reciente que ha levantado un gran enfrentamiento entre los profesionales
de ambos sectores, el “cerrado” y “abierto”.
Se trata de la polémica que la empresa estadounidense “MakerBot” ha iniciado. Surgida, como
multitud de incontables otras empresas alrededor del mundo, como consecuencia directa del
proyecto “RepRap”, comercializó varias generaciones de impresoras de acuerdo a la filosofía de
“fuente abierta”. La empresa experimentó un alto grado de éxito comercial con sus modelos, y,
a consecuencia, creció de manera notable. Sin embargo, sufrió varios intentos fallidos por otras
nuevas empresas de “clonar” sus máquinas, es decir, aprovechándose de la naturaleza “abierta”
de sus diseños, en vez de mejorarlos y diseñar una máquina nueva, algunas empresas
simplemente se conforman con copiar exactamente los planos y máquinas que han tenido éxito
en un intento de comercializarlas ellos mismos.
Como consecuencia de esto, la empresa “MakerBot” ha decidido con su nueva generación de
máquinas (las que actualmente comercializan y se han estudiado en el apartado anterior), pasar
a “fuente cerrada”, es decir, adoptar el mismo modelo de I+D que emplean las grandes empresas
del sector. Ha conseguido una patente para su nueva máquina y no revelará los diseños internos
de éstas. Sin embargo, la mayor parte del diseño de dichas máquinas está basada en la
información y diseños que obtuvieron, a su vez, de otras empresas e individuos involucrados en
el proyecto “RepRap”, por lo que esta acción ha despertado una gran conmoción en el sector.
Aunque “MakerBot” se defiende en base a que con esta acción pretenden eliminar el
surgimiento de empresas “clones” que no les favorecería, el resto de la comunidad “abierta” los
critica por haberse aprovechado de la filosofía que presentan para fundar una empresa,
desarrollarla y, ahora que han tenido un importante éxito comercial, abandonarlo todo e
instaurar el modelo contra el que habían estado luchando, habiendo llegado donde han llegado
gracias a la información compartida del proyecto “RepRap”.
Más información sobre este hecho se puede hallar en [370], [371], [372] y [373]. Obviamente,
el hecho de que dos puntos de vista estén enfrentados dentro del mundo de la fabricación
aditiva lleva a que exista una cierta presión sobre ambos en cuanto a su filosofía y modo de
operar, puesto de realce cuando uno u otro “se cruzan de bando”. Se espera que más que
sobreponerse un punto de vista sobre otro, el sector se vea beneficiado a la larga por esta clase
de competitividad.
En cuanto a eventos a escala mundial especialmente relevantes para el sector de la fabricación
aditiva, basta con nombrar “Euromold” [374]. Una exposición a escala mundial con más de 20
años de historia, celebran en Alemania cada septiembre durante varios días un gran congreso y
149
exposición donde se reúnen más de 1.100 empresas e instituciones participantes y atienden más
de 55.000 visitantes profesionales. Como se detalla en [375], dicho congreso internacional
intenta abarcar todos los sectores industriales desde la fase de diseño hasta la fabricación final,
por lo que tienen cabida multitud de empresas e interesados. Obviamente, durante los últimos
años, la impresión 3D se ha hecho un hueco muy relevante en el congreso como tecnología de
fabricación puntera que ha cobrado tanta importancia que “Euromold” se ha llegado a
considerar como el evento más importante a escala mundial dentro de la fabricación aditiva
cada año. Allí es donde se dan a conocer los nuevos modelos en desarrollo de los principales
fabricantes y donde se presentan nuevas empresas que han desarrollado nuevas técnicas o
mejoras tecnológicas a los ya existentes.
“Euromold” se considera actualmente el máximo exponente en cuanto a la presentación de las
nuevas tendencias dentro del sector de la fabricación aditiva. Aunque existen otros congresos
más esporádicos en otros lugares del mundo cada año, ninguno ha cobrado la relevancia ni peso
que “Euromold” actualmente posee.
Por último, en cuanto a información especializada, se debe hacer especial mención de la
empresa “Wohlers Associates” [376]. Dicha empresa consultora de Colorado, EE. UU., tiene más
de 28 años de historia y llevan publicando el famoso informe anual “Wohlers Report” durante
19 años. Dicho informe da una visión muy detallada y extensa sobre el estado de la industria de
la fabricación aditiva, desde nuevas tecnologías, empresas que surgen y desaparecen, hasta
información para inversores y eventos relevantes. Así como ofrecer servicios de consulta sobre
tecnologías de fabricación aditiva, se han convertido en una fuente fiable y de gran relevancia
dentro del sector para los analistas e interesados profesionales del sector.
3.6.3. Comparación de las tecnologías de interés.
A continuación, de manera similar a como se hizo a final del primer capítulo, se pretende realizar
una tabla comparativa de las tecnología que hasta este momento se han considerado “de
interés”. Sin embargo, a diferencia de lo que ocurrió durante el primer capítulo, tras el análisis
económico no se ha podido añadir ningún grupo tecnológico a la lista de tecnologías “de interés”,
ya que cumplir los requisitos técnicos es condición necesaria para que se consideren como tales.
Cumplir requisitos adicionales económicos da una visión más completa y, en cualquier caso,
servirá para descartar algunas tecnologías por no estar disponibles comercialmente, como
ocurrió con el caso de las soluciones de la empresa “Honeywell”.
La siguiente Tabla 3-2, por ende, tiene el objetivo de condesar el trabajo realizado en este
capítulo para permitir una rápida comparación u obtención de información relevante
rápidamente para que se pueda consultar la información más detallada presentada en este
capítulo si fuera necesario.
150
Grupo
tecnológico
Empresa
3D Systems
Sinterización
en lecho de
polvo (SLS,
DMLS)
EOS
ConceptLaser
SLM Solutions
Fusión en
lecho de polvo
(SLM, EBM)
ReaLizer
Renishaw
Arcam AB
Tecnologías
de depositado
mediante
energía
dirigida (DED)
Tecnologías
de
consolidación
ultrasónica
(UC)
Tecnologías
de modelado
mediante
depositado de
fundidos
(FDM)
Optomec
Modelo
ProX 500
sPro 60 HD
sPro 140
sPro 230
ProX 100
ProX 200
ProX 300
ProX 400
FORMIGA P
110
EOS P 396
EOSINT P 760
EOSINT P 800
EOSINT M 280
EOS M 290
EOS M 400
M1 Cusing
M2 Cusing
X Line 1000R
SLM 125 HL
SLM 280 HL
SLM 500 HL
SLM 50
SLM 100
SLM 125
SLM 250
AM250
Arcam Q10
Arcam Q20
Arcam A2X
LENS 450
LENS MR-7
Materiales
Resinas
termoplásticas
Metales y
compuestos
cerámicos
Resinas
termoplásticas
Metales
Rango de
velocidades
constructivas
Dimensiones
máximas de
impresión
(mm)
Precio (USD)
2.000 cm3/h
1.000 cm3/h
3.000 cm3/h
3.000 cm3/h
N/D
N/D
N/D
N/D
381 x 330 x 457
381 x 330 x 437
550 x 550 x 460
550 x 550 x 750
100 x 100 x 80
140 x 140 x 100
250 x 250 x 300
500 x 500 x 500
$500.000
$300.000
$725.000
$850.000
$350.000
$600.000
$1.000.000
N/D
1.000 cm3/h
200 x 250 x 330
$190.000
5.548 cm3/h
8.512 cm3/h
1.862 cm3/h
N/D
N/D
N/D
2-10 cm3/h
2-3 cm3/h
10-100 cm3/h
15 cm3/h
20-35 cm3/h
70 cm3/h
N/D
N/D
N/D
N/D
5-20 cm3/h
N/D
N/D
N/D
80 g/h
100 g/h
340 x 340 x 600
700 x 380 x 580
700 x 380 x 560
250 x 250 x 325
250 x 250 x 325
400 x 400 x 400
250 x 250 x 250
250 x 250 x 280
630 x 400 x 500
125 x 125 x 75
280 x 280 x 350
500 x 280 x 325
Ø 70 x 40
125 x 125 x 200
125 x 125 x 200
250 x 250 x 300
250 x 250 x 360
200 x 200 x 180
Ø 350 x 380
200 x 200 x 380
100 x 100 x 100
300 x 300 x 300
900 x 1.500 x
900
400 x 350 x 200
950 x 900 x 600
650 x 700 x 500
2.692 x 1.194 x
1.600
1.016 × 610 ×
610
$420.000
$832.000
$1.300.000
$630.000
$700.000
$1.500.000
$360.000
$455.000
$1.775.000
$200.000
$400.000
$500.000
$162.340
$255.000
N/D
$390.000
$512.500
$500.000
$950.000
$975.000
$300.000
$400.000
LENS 850-R
500 g/h
BeAM
VC LF200/500
VI LF4000
VH LF4000
N/D
N/D
N/D
Sciaky Inc.
VX-110
3.000-9.000 g/h
SonicLayer
4000/4000R
N/D
SonicLayer
7200
N/D
1.830 x 1.830 x
910
N/D
Fortus 360mc
Fortus 400mc
Fortus 450mc
Fortus 380mc
N/D
N/D
N/D
N/D
355 x 254 x 254
406 x 355 x 406
406 x 355 x 406
355 x 305 x 305
$90.000
$185.000
$200.000
$185.000
N/D
914 x 610 x 914
$400.000
Fabrisonic
Stratasys
Termoplásticos
Fortus 900mc
Tabla 3-2: tabla resumen de las principales características de las impresoras “de interés” estudiadas.
151
$1.300.000
$350.000
$550.000
$850.000
$2.500.000
N/D
Como se ha podido comprobar en la Tabla 3-2, las velocidades constructivas de las máquinas de
sinterización de resinas termoplásticas en lecho de polvo son del orden de los litros por hora,
mientras que la sinterización de metales es del orden de las unidades o decenas de centímetros
cúbicos por hora. De nuevo se recuerda que las entradas “N/D” indican que el fabricante no
proporciona dichos datos y tampoco ha sido posible su obtención mediante las tareas
investigativas llevadas a cabo. Cabe resaltar el hecho de que los fabricantes “escondan” los datos
que no les favorecen, como las bajas velocidades constructivas.
En cuanto a este dato de velocidad, los fabricantes de máquinas de lecho de polvo lo suelen
proporcionar en litros fabricados por hora o velocidad lineal en el eje vertical por hora, mientras
que las tecnologías “DED” suelen ofrecerlo en forma de peso de material depositado por hora.
Se ha podido comprobar que, en gran medida, los precios de las impresoras los dicta el volumen
máximo de impresión mientras que, a igualdad o similitud de dicho parámetro, la velocidad
constructiva sea el parámetro que más influye en el precio. Adicionalmente, el precio también
se deja influir por la aparición de empresas que acaparan una tecnología exclusiva, como es el
caso de “Arcam AB” o “Sciaky Inc.”.
Con estas últimas consideraciones concluye el segundo capítulo de este Proyecto que, junto con
el primero, forman la base técnica y económica de mercado para llevar a cabo la investigación
del tercer y cuarto capítulo.
152
153
4. Implementación de las tecnologías
de AM en el sector aeroespacial actual.
Análisis económico y técnico.
4.1. Introducción.
Tras la introducción teórica del primer capítulo y la muestra del estado del arte actual de las
tecnologías de fabricación aditiva del anterior, se ha podido determinar, de una manera
aproximada o a grandes rasgos, qué tecnologías de impresión 3D podrían ser de interés para el
sector aeroespacial. No sólo se han estudiado sus aspectos técnicos, sino también se han podido
estudiar las distintas empresas y modelos concretos de máquinas que existen actualmente que
llevan a cabo la fabricación aditiva, así como sus precios. De esta manera, se ha escogido un
grupo reducido de tecnologías que podrían ser candidatas para ser usadas por el sector
aeroespacial para la fabricación de piezas.
Este capítulo pretenderá plantear qué tecnologías son las más idóneas para su empleo en el
sector aeroespacial de forma definitiva estudiando, en primer lugar, las que se han empleado y
se están empleando actualmente por empresas relevantes del sector aeroespacial. Es decir, se
estudiarán casos concretos de empresas aeronáuticas que han optado por emplear tecnologías
de fabricación aditiva para la fabricación de sus piezas y componentes, validando y reforzando
así la hipótesis de que éstas son verdaderamente válidas estudiando casos recientes de
empresas que las han implementado con éxito, esto es, estudiando los antecedentes.
En segundo lugar, una vez establecidos suficientes casos concretos de empresas aeroespaciales
empleando máquinas de fabricación aditiva y para qué piezas, se indagará más en las razones
en sí de su éxito o fracaso. Tomando como referencia los casos presentados y con los
conocimientos adquiridos en los primeros dos capítulos de este Proyecto, se analizarán desde
un punto de vista técnico y económico las razones por las que emplear dichas tecnologías ha
resultado idóneo o no. Así mismo, se intentará razonar sobre mejoras aplicables y estrategias
que podrían llevar a una mejor adopción de esta tecnología en el sector, con vistas al futuro.
Es en este capítulo donde se llevará a cabo los estudios necesarios para satisfacer el objetivo
principal de este proyecto, y principal razón de la extensión de los dos primeros.
154
4.2. Antecedentes: estudio del empleo de las
tecnologías de AM en el sector aeroespacial.
En este apartado se pretende realizar un estudio sobre cómo se llevan empleando las
tecnologías de fabricación aditiva dentro del sector aeroespacial. En primer lugar, se estudiará
desde una perspectiva general las particularidades del sector en cuestión, ya que dichos rasgos
son los que han contribuido en mayor medida a que el sector aeroespacial a día de hoy sea uno
de los pocos que más ha investigado, abogado e implementado tecnologías de fabricación
aditiva en el mayor número de procesos que cualquier otro sector industrial, quizá con la
excepción del de la defensa. En segundo lugar, se estudiarán algunos casos concretos
significativos de la implementación de alguna tecnología de impresión 3D por parte de empresas
aeronáuticas o aeroespaciales, intentando dar una muestra representativa del conjunto, sin
pretender detallar todos los casos existentes ya que sería demasiado extenso. Por último, se
mostrarán algunos casos concretos de la adopción de las tecnologías de impresión 3D en el
entorno institucional-educativo de Sevilla, relacionado directa o indirectamente con el sector
aeroespacial.
4.2.1. Perspectiva general. Pasos y caminos estratégicos.
La industria aeroespacial siempre ha sido un referente para las demás industrias industriales en
cuanto a la adopción temprana de innovaciones en todos los campos tecnológicos. Avances que
la industria aeroespacial adoptó hace una o dos décadas ahora se han vuelto comunes en las
demás, como el uso de materiales compuestos (fibra de carbono) o el empleo de herramientas
CAD/CAM en el proceso de diseño. Estos dos ejemplos sólo son una gota de agua en un mar de
casos en los que el sector aeroespacial ha sido el pionero en la adopción e implementación de
nuevas tecnologías para llevar a cabo cualquier tarea desde la etapa de diseño, pasando por la
fabricación, a tareas de post-venta, como el servicio o mantenimiento. En esencia, dicha
industria está a la vanguardia de la adopción de nuevos avances técnicos y tecnológicos en sus
procesos.
Pero, ¿a qué se debe esto?
4.2.1.1. Compatibilidad del sector aeroespacial con las tecnologías de
AM. Estado actual, problemas y posibles soluciones.
Desde sus inicios a principios del s. XX, la aeronáutica ha estado sujeta a ciertos imperativos
técnicos y económicos que han sido a la vez su fuerza motriz y la razón por la que siempre ha
155
sido y será un sector innovador y vanguardista en la técnica y tecnología. Dichos imperativos
son:



Maximizar parámetros como la carga de pago, alcance, tiempo activo fuera de
mantenimiento, vida de servicio, etc.
Minimizar parámetros como tiempo de vuelo, consumo de combustible, tiempos de
mantenimiento, etc.
Garantizar la seguridad e integridad de la carga de pago
Aunque dichos imperativos parezcan genéricos y de aplicación a cualquier modo de transporte,
la particularidad de las aeronaves y naves diseñadas para viajar fuera de nuestro planeta hacen
que dichos parámetros cobren nuevos significados que no son de aplicación para otros modos
de transporte más convencionales. Así mismo, para la acción comercial, la mejora de cualquiera
de estos parámetros implica un mayor beneficio y disminución de costes.
Maximizar cargas de pago y alcances o autonomías generalmente conlleva la reducción de peso
total en vacío de la aeronave para una planta motriz dada. De igual manera, minimizar consumo
de combustible y tiempo de vuelo también está muy ligado al concepto de la reducción de peso
de la nave. Sin embargo, si se ha de mantener la seguridad e integridad de la carga de pago, ya
sean mercancías o pasajeros, se establece que dicho sacrificio de la reducción de peso no se
puede hacer en detrimento de otros factores como la disminución de la resistencia mecánica de
los materiales u otros factores similares.
Igualmente, se puede obrar a favor de dichos imperativos con una planta motriz que
proporcione un mayor empuje específico o con un diseño de superficies aerodinámicas más
eficientes para un régimen de vuelo en particular. Sin embargo, la reducción de peso de todos
los componentes de la aeronave se podría decir que es el mayor imperativo que ha dado impulso
a este sector, manteniendo las mismas condiciones de seguridad para la carga de pago.
Debido a este imperativo de la reducción de peso manteniendo la seguridad, el sector
aeroespacial fue el primero en emplear materiales como el titanio, aluminio o, más tarde,
materiales poliméricos y fibra de carbono en fracciones cada vez mayores. Dichos materiales
ofrecen un peso reducido pero propiedades específicas mayores que los que se emplean en
otros sectores, como el acero. Se busca reemplazar y seguir desarrollando materiales que
puedan permitir incluso pesos menores con propiedades mecánicas constantes o mejores.
A su vez, las aeronaves y astronaves se ven expuestas a condiciones, ambientes y cargas que son
particulares a este sector. Por ende, muchas de las exigencias de materiales y de seguridad
añaden una nueva capa de imperativos de diseño y materiales que se deben emplear por
razones técnicas. Es por esta razón que muchas de las piezas y componentes típicos de estas
naves sean de una alta complejidad geométrica, como los álabes de las primeras etapas de las
turbinas de los aerorreactores o elementos aerodinámicos estructurales.
Sin embargo, incluso para un material dado, los procesos de fabricación son otro gran límite que
a veces impide que se emplee dicho material de manera eficiente. Las restricciones de peso,
volumen y condiciones típicas de una aeronave que exigen piezas de altas complejidades
geométricas y ciertas propiedades hacen que las dimensiones y morfología sean de una forma
156
óptima que no se pueden alcanzar con los métodos de fabricación convencionales actuales. Esta
es una de las principales razones por la que el sector aeroespacial fue uno de los primeros en
adoptar y hacer uso de las tecnologías de fabricación aditiva.
A su vez, el sector aeroespacial también presenta otras particularidades que hacen que la
adopción de las tecnologías de impresión 3D sea más beneficioso actualmente que en otros
sectores. La fabricación aditiva, como se ha estudiado aquí, ofrece las siguientes ventajas
innatas:










Complejidad geométrica “gratuita”
Fabricación de nuevos productos que rompen las limitaciones impuestas por las
tecnologías de fabricación actuales
Flexibilidad y facilidad en cuanto a la iteración en el diseño de las piezas como
consecuencia de la fabricación directa – no es necesario fabricar moldes u otros
elementos para la fabricación, basta con la modificación de un archivo CAD
Simplificación de piezas ya existentes y la eliminación de algunos ensamblajes o
conjuntos existentes que se pueden sustituir por una sola pieza elemental fabricada
mediante la impresión 3D
Alta personalización de las piezas – prácticamente cada aeronave se personaliza para
cada cliente, esto se puede conseguir fácilmente mediante la fabricación aditiva
Bajos volúmenes de producción – comparado con otros sectores, las tiradas totales de
aeronaves y, más aún, de astronaves, es mucho menor. Tal como son estas máquinas
de impresión 3D en la actualidad, favorecen tiradas cortas de producción para ser
rentables
Se reduce el “Time to Market”, es decir, el tiempo necesario para la entrega del
producto al cliente
Se reduce en gran medida el material desperdiciado durante el proceso de fabricación
Fabricación cerca del lugar de venta o de uso del producto
Fabricación empujada por la demanda – se fabrica lo que se requiere
Esto es, las propiedades de las máquinas de fabricación aditiva se alinean con muchas de las
necesidades en cuanto a la fabricación del sector aeroespacial. Sin embargo, no ha sido hasta
años recientes cuando dichas tecnologías han evolucionado al nivel de exigencias de materiales
que podría hacer realista su empleo en la producción de piezas finales más allá de prototipos y
piezas de ensayos. Sin embargo, es también importante mantener presente las limitaciones que
se han podido comprobar de las tecnologías de fabricación aditiva tras el estudio llevado a cabo
en los primeros dos capítulos, a la vez que las ventajas. La Tabla 4-1 muestra las aplicaciones
actuales en el sector aeronáutico y espacial de las tecnologías de impresión 3D así como
aplicaciones futuras que se podrían materializar dentro de los años venideros [377], [378]:
157
Aplicaciones actuales


Sector aeronáutico



Sector espacial

Fabricación de modelos de
concepto y prototipos;
Producción de bajo volumen de
piezas de alta complejidad
geométrica:
o Perfiles aerodinámicos
o Difusores
o Rotores
o Álabes de turbina
Fabricación de piezas de
repuesto.
Fabricación de piezas
especializadas para la
exploración espacial;
Fabricación de elementos
estructurales empleando
materiales noveles;
Minimización de material
desechado durante el proceso
de fabricación.
Aplicaciones potenciales






Imprimir componentes
electrónicos directamente en las
piezas mientras se fabrican;
Fabricación de superficies
aerodinámicas completas, como
alas;
Fabricación de componentes
complejos de las plantas
propulsoras;
Fabricación directa de piezas de
repuesto sobre la marcha.
Fabricación de componentes y
piezas de repuesto en el espacio
según se necesiten;
Fabricación directa de grandes
estructuras en el espacio,
superando las limitaciones
actuales de carga de pago de
vehículos de lanzadera orbital.
Tabla 4-1: Aplicaciones actuales y potenciales de las tecnologías de fabricación aditiva en el sector aeroespacial.
Es más, aunque actualmente se han llegado a emplear las tecnologías de fabricación aditiva para
las aplicaciones que se han recogido, aún quedan ciertos problemas que han de ser enfrentados
y resueltos para que el sector aeroespacial se pueda beneficiar aún más de las tecnologías de
impresión 3D. La Tabla 4-2 muestra algunos de los problemas más importantes presentes
actualmente en el sector, así como posibles pasos para su solución [378]:
Problema actual
Suministradores de bajo
nivel en la cadena de
suministros carecen de
experiencia y pericia en
el empleo de
herramientas CAD.
Descripción
Un primer paso para la adopción
de las tecnologías de fabricación
aditiva es un elevado nivel de
manejo de herramientas CAD.
Así mismo, el sector aeroespacial
no puede definir sus exigencias a
los fabricantes de impresoras 3D
de manera concreta, por lo que
éstos deben trabajar con
suposiciones de lo que ellos
estiman que el sector necesita.
158
Posibles soluciones
Los fabricantes del sector
aeroespacial deben alcanzar el nivel
necesario para participar más
activamente en el proceso de diseño
de impresoras 3D.
Esto no se limita a ofrecer requisitos
específicos y concretos, sino
involucrarse económicamente en el
desarrollo de dichos sistemas en
cierto grado.
Los fabricantes de
máquinas de fabricación
aditiva carecen del nivel
necesario en los campos
de ingeniería de
materiales.
Los fabricantes de
máquinas de impresión
3D no permiten la
posibilidad del empleo
de materiales de
empresas de terceros.
Los fabricantes de impresoras no
poseen la pericia ni calificaciones
que les permitiría abordar
aplicaciones aeroespaciales de
alto nivel, consecuentemente no
pueden desarrollar equipos de la
calidad necesaria.
El monopolio en cuanto a la
fabricación, suministro y
comercialización de materiales por
las empresas fabricantes de
impresoras 3D reduce la cantidad de
material en el mercado, reduce su
competitividad e innovación.
A su vez, los costes del material son
demasiado elevados como para que
se adopten las tecnologías de
impresión 3D a una escala mayor.
Los fabricantes de impresoras 3D
deben adquirir las aptitudes
necesarias para desarrollar
materiales de una mayor aplicación
en el sector aeroespacial. Así mismo,
deben mejorar su comunicación
interprofesional con ingenieros
aeroespaciales.
Se requiere una apertura del mercado
del material. Cuando se puedan emplear
diversos materiales procedentes de más
de una fuente para una misma máquina,
las impresoras 3D tendrán una mayor
flexibilidad y se podrán encontrar más
aplicaciones para una máquina dada en
el sector aeroespacial.
Así mismo, la competición disminuirá los
precios del material que a su vez hará
que se vendan más impresoras y se
adopten de manera más generalizada en
la industria.
No existen buenos
estándares de
comunicación entre las
industrias fabricantes de
máquinas de impresoras
3D y empresas que
desarrollan
herramientas CAD.
Formatos de archivo diferentes y
comunicaciones deficientes entre
diferentes programas hace que la
colaboración entre empresas del
sector que posean programas e
impresoras distintas se dificulte.
Debe existir una colaboración dentro
de la industria para alcanzar
protocolos comunes y adoptarlos.
No existen sistemas de
monitorización in-situ
integrados en máquinas
de fabricación aditiva
Actualmente no existen buenas
herramientas para saber con
exactitud las condiciones en el
interior de las máquinas de
fabricación aditiva. Esto incrementa
el tamaño de los lotes de piezas de
prueba que se han de fabricar
anteriormente al definitivo para
determinar los resultados del ajuste
de parámetros durante el proceso, ya
que no se pueden monitorizar
durante éste.
Los propios fabricantes o empresas
de metrología de terceros deben
desarrollar soluciones para
sobrevenir este problema.
Tabla 4-2: Problemas más importantes actuales y posibles soluciones para una mayor adopción de las tecnologías
de AM en el sector aeroespacial.
Como se ha podido comprobar, aún existen multitud de materiales y piezas fabricadas mediante
diferentes tecnologías de fabricación aditiva que producen piezas cuya calidad y repetitividad
aún no ha sido certificada para todos los tipos de materiales, por lo que se debe seguir el camino
que lleve a especialistas del sector aeroespacial a trabajar conjuntamente con los encargados
de desarrollar las impresoras 3D y sus materiales para cerciorarse de que se alcanzan las
condiciones necesarias para una aplicación satisfactoria. Aunque esto ya se ha conseguido para
muchos procesos y materiales –prueba de ello es la cantidad de piezas que ya se han fabricado
159
y se están fabricando mediante la fabricación aditiva en el sector– esto no quiere decir que se
haya alcanzado todo el potencial disponible para ello, por lo que los esfuerzos han de proseguir.
Por lo tanto, la presencia de las tecnologías de fabricación aditiva en el sector aeroespacial actual
y futuro es innegable. Sin embargo, su empleo y adaptación se encuentran en una fase temprana
y muchas empresas se encuentran en la situación de no saber exactamente cómo adoptar o
ampliar su uso de tecnologías de fabricación aditiva para alcanzar una rentabilidad y producción
óptima.
4.2.1.2. Caminos estratégicos para la adopción de tecnologías de AM
por empresas del sector aeroespacial.
Según [377], existen dos relaciones importantes que se han de tener en cuenta para ver el
impacto que las tecnologías de fabricación aditiva pueden tener en el sector empresarial
aeroespacial. La primera se trata de la relación capital-escala, mientras que la segunda es la
relación capital-alcance o extensión. Las tecnologías de fabricación aditiva reducen de manera
significativa el capital necesario para lograr una economía de escala, pues se requiere menor
capital para alcanzar la producción; el empleo de estas tecnologías a su vez dota de una
flexibilidad que logran reducir la cantidad de capital necesario para tener un mayor alcance o
extensión, es decir, una mayor variedad de productos diferentes que se pueden fabricar por
unidad de capital.
Esto es fácil de entender con lo que se lleva estudiado. El proceso que se sigue dentro de la
fabricación aditiva es mucho más simple y corto que el que emplea cualquier otra tecnología de
fabricación convencional, es decir, la fabricación aditiva posee la ventaja de la fabricación directa,
de CAD a pieza final con tan solo el empleo del software, la adquisición de una impresora y todos
sus consumibles así como su instalación y el consiguiente post-procesado que pudiera ser
necesario. Se pueden fabricar varias iteraciones de una misma pieza en horas o días, reduciendo
de manera considerable el proceso de diseño y de ensayos, frente a los meses que podría tardar
empleando métodos convencionales. La fabricación final se podría llevar a cabo con la misma
máquina, por lo que el solo hecho de disponer de una impresora 3D así como todo lo que
necesita para su funcionamiento y post-procesado de las piezas implica que sea mucho más
asequible y fácil entrar en la escena de la producción para una empresa que si se comparara con
el empleo de métodos convencionales de fabricación.
Por lo tanto, las tecnologías de fabricación aditiva reducen en gran medida la cantidad de capital
que se ha de invertir para alcanzar una economía de escala eficaz en el sector. Esto, a su vez,
puede afectar a la forma y composición de la cadena de suministros.
En cuanto al alcance o extensión, las tecnologías de fabricación aditiva permiten que por unidad
de capital invertido se puedan fabricar una mayor variedad de productos, piezas o componentes.
Así mismo, se reducen de manera significativa los costes asociados con la personalización de los
160
productos o los cambios de producción que se pudieran llevar a cabo debido a evoluciones,
especialmente comparados con tecnologías de fabricación convencionales.
Cambios en la relación capital-escala puede cambiar la configuración de la cadena de suministro,
mientras que el cambio de la relación capital-alcance puede tener un gran impacto en el diseño
de los productos. Teniendo en cuenta estos impactos, las empresas del sector se enfrentan a
varios caminos que pueden recorrer en cuanto a la implementación de las tecnologías de
fabricación aditiva en sus negocios, que se presentan a continuación [377].

1er Camino, “inmovilismo”: la empresa no busca cambiar ni alterar de manera
significativa sus productos o su cadena de suministros ya establecida. Sin embargo,
desea explorar las opciones que las tecnologías de fabricación aditiva les brindarían para
mejorar el valor en cuanto a la entrega para productos existentes dentro de su cadena
de suministros ya existente. El imperativo que persigue la empresa es el buen
rendimiento, buscando minimizar la inversión; las capacidades y aplicaciones de
fabricación aditiva que se podrían habilitar en este caso serían:





2º Camino, “evolución de la cadena de suministros”: la empresa desea aprovecharse
de la mejoría en cuanto a economía de escala que ofrecen las tecnologías de fabricación
aditiva para potencialmente habilitar la transformación de su cadena de suministros
para productos ya existentes. El imperativo que persigue la empresa es el buen
rendimiento, buscando minimizar la inversión aunque sin restricciones de tiempo
notables; las capacidades que la fabricación aditiva podría habilitar en este caso serían:





Uso en la etapa de diseño y fabricación de prototipos
Fabricación de moldes, herramientas y utillajes para la fabricación
convencional
Cubrir capacidades suplementarias (uso como mecanismo de respaldo)
Uso esporádico en la producción
Fabricación más cercana geográficamente al destino de uso
Una mayor capacidad de respuesta y flexibilidad
Facilitación de la gestión de demanda desconocida
Reducción del inventario necesario
3er Camino, “evolución del producto”: la empresa se aprovecha de la mejora en
economía de alcance o extensión que ofrecen las tecnologías de fabricación aditiva para
alcanzar nuevos niveles de prestaciones o innovaciones en los productos ya existentes.
El imperativo que persigue la empresa es un equilibrio entre crecimiento, innovación y
rendimiento, mientras que también busca equilibrar los beneficios, el riesgo y los
requisitos de tiempo; las capacidades que la fabricación aditiva podría habilitar en este
caso serían:
 Personalización de cada pieza o producto a las especificaciones de cada
cliente
 Los productos ganarían en funcionalidad
 Una mayor capacidad de respuesta de mercado
161


No se penaliza en forma de costes el incremento de la complejidad
4º Camino, “evolución del modelo de negocios”: la empresa busca alterar tanto su
cadena de suministros y los productos que ofrecen a consecuencia de las tecnologías de
fabricación aditiva, buscando un nuevo modelo de negocios. El imperativo que persigue
la empresa es el crecimiento e innovación, buscando obtener beneficios enfocados en
el valor añadido que ofrecen estas tecnologías, pero a un mayor riesgo; las capacidades
que la fabricación aditiva podría habilitar en este caso serían:




Personalización en masa de los productos
Llevar a cabo la fabricación en el lugar de uso del producto
Alcanzar la desintermediación en la cadena de suministros, es decir, la
eliminación de los intermediarios
Una mayor habilitación de los clientes – éstos obtienen más poder de
decisión
Visto desde una perspectiva histórica en cuanto a la adopción de las tecnologías de fabricación
aditiva por parte de las empresas del sector aeroespacial, éstas han optado en mayor medida
por el 1er camino, buscando emplear la fabricación aditiva para tareas de diseño, fabricación de
herramientas y moldes de manera rápida y la producción esporádica de series muy limitadas.
Estas empresas se encuentran actualmente en diferentes etapas de adopción de las tecnologías
de fabricación aditiva – ninguna realiza tareas concretas de manera establecida con estas
tecnologías.
A medio plazo, se espera que con los avances en el sector de la fabricación aditiva y en los
materiales, las empresas aeroespaciales que tomaron el 1er camino pasen al 3º para así poder
fabricar productos más complejos con mejoras en su funcionalidad pero sin cambios
significativos en sus cadenas de suministros. De hecho, ya existen ciertas empresas del sector
que van por este camino.
Otro aspecto beneficioso para las empresas aeroespaciales que buscan emplear tecnologías de
fabricación aditiva es en el sector del mantenimiento de aeronaves, pues permitiría una
producción distribuida a menor coste. Se pueden producir piezas y recambios de piezas
complejas a bajo volumen según se necesiten en lugares remotos e incluso para aeronaves cuya
producción se ha desfasado y para las que ya no se fabrican piezas de recambio.
A largo plazo, se espera que las empresas del sector aeroespacial adopten el 4º camino, es decir,
una personalización masiva de sus productos junto con el empleo de las tecnologías de
fabricación aditiva para una fabricación que responda a la demanda. Esto llevará a la evolución
de nuevos modelos de negocios y a la desintermediación de la cadena de suministros.
162
4.2.2. Estudio de casos específicos.
Con lo estudiado en el apartado anterior, se realizará un análisis en más profundidad usando
como base el concepto de los cuatro caminos estratégicos presentados asociando casos reales
de empresas que se encuentran en cada uno de ellos y así poder realizar con mayor facilidad un
análisis de la implementación de las tecnologías de fabricación aditiva en el sector. Aunque se
estudiarán diversas empresas, es importante resaltar que la clasificación de éstas en los cuatro
caminos estratégicos no es algo que sea rígido o firme. Es decir, es posible nombrar ejemplos de
una misma empresa realizando diferentes ejemplos de tareas que se podrían encuadrar dentro
de diferentes caminos estratégicos. Esto simplemente pone de relieve la evolución de la
empresa a través de los niveles de adopción de las tecnologías de impresión 3D; en esencia, ya
que una empresa es una entidad en continuo desarrollo y cambio, no se puede encuadrar
firmemente dentro de cualquiera de estos “caminos” por mucho tiempo por lo que se ruega
tomar estos ejemplos con este concepto presente.
4.2.2.1. Empresas pertenecientes al primer camino estratégico.
Como se hizo evidente en el análisis del apartado anterior, la gran mayoría de las empresas
aeroespaciales se encuentran actualmente en alguna de las etapas de este camino estratégico.
Como se detalló, dichas empresas no buscan alterar de manera significativa sus productos o
cadena de suministros sino introducir el empleo de las tecnologías de fabricación aditiva en
tareas de diseño, fabricación de moldes, utillajes y herramientas así como para ensayos y
fabricación esporádica de algunas piezas. Esto reduce costes y tiempos asociados a dichos
procesos, por lo que dichas empresas se pueden beneficiar de este aspecto sin realizar grandes
cambios en su modelo productivo.
Aunque no supone el caso ideal en cuanto a implementación de estas tecnologías en las
empresas a largo plazo, es un buen primer paso para que muchas se familiaricen con las
particularidades de estas tecnologías en las etapas tempranas de desarrollo en la que se
encuentran la mayoría de las tecnologías de impresión 3D en cuanto a aplicaciones más serias
dentro del sector aeroespacial. Con el desarrollo esperado de estas tecnologías más enfocadas
al sector aeroespacial que se prevé para los próximos años, se espera que muchas de las
empresas que se encuentran actualmente en este camino pasen a otros, buscando implementar
la tecnología de impresión 3D a un nivel más profundo dentro de su modelo de negocios.
A continuación se presentarán ejemplos de empresas que se han beneficiado de algún aspecto
de este camino estratégico recientemente.
163

“Boeing”.
Figura 4-1: logotipo actual de la empresa “Boeing”.
En cuanto a tiempos de desarrollo, las empresas de este camino estratégico pueden ahorrarse
en el rango del 43 al 75% frente a métodos convencionales para la fabricación de prototipos y
modelos funcionales [377]. Un claro ejemplo de esto lo muestra la empresa norteamericana
“Boeing” con el desarrollo y fabricación un prototipo a escala 17:100 de un UAV con
características VTOL en menos de 30 días, tarea que hubiese requerido varios meses más si no
se hubiesen empleado tecnologías de fabricación aditiva en esta etapa [379].
En respuesta a una propuesta de DARPA (“Defense Advanced Research Projects Agency” –
agencia de proyectos de investigación de defensa avanzados) para un UAV VTOL bajo el proyecto
“X-Plane”, tras un ciclo de 3 días de diseño, 10 días de obtención de materiales y piezas y dos
semanas para su fabricación, ensamblaje y vuelo [380], a Boeing se le adjudicó el contrato de
$9,4 millones de dólares americanos para su desarrollo, refinamiento y posterior fabricación el
27 de agosto de 2014 [381]. Dicha aeronave, que la empresa ha nombrado como “Phantom Swift”
o fantasma veloz, podrá alcanzar velocidades de vuelo de crucero de entre 300 y 400 kts,
alcanzar una relación L/D de al menos 10 y transportar una carga de pago de unas 2 toneladas,
así como despegar y aterrizar en vertical al igual que realizar vuelo a punto fijo de manera
eficiente. Un modelo conceptual de dicha aeronave se puede visualizar en la Figura 4-2.
Figura 4-2: modelo conceptual del UAV “Phantom Swift” de “Boeing”.
Si no se hubiesen empleado tecnologías de fabricación aditiva para llevar a cabo la fabricación
del prototipo funcional a escala (mostrado en la Figura 4-3), es posible que a la empresa no se
le hubiese concedido el contrato o, en un caso más favorable, hubiese tardado más tiempo y
hubiese resultado mucho más costoso desarrollar y fabricarlo.
164
Figura 4-3: prototipo funcional de un UAV de VTOL fabricado por la empresa “Boeing” en menos de 30 días de
desarrollo.
Para este cometido, se emplearon máquinas de sinterización en lecho de polvo de resinas
termoplásticas para fabricar la mayoría de los elementos estructurales del prototipo a escala,
que se pueden visualizar en la Figura 4-3.

“NASA”.
Figura 4-4: logotipo actual de la agencia estadounidense “NASA”.
Otro ejemplo de una empresa que ha realizado acciones que se podrían considerar como
pertenecientes al primer camino estratégico para la adopción de las tecnologías de fabricación
aditiva es la agencia gubernamental estadounidense “NASA”.
No sólo se emplearon las tecnologías de fabricación aditiva para ahorrar costes de iteraciones
en los diseños iniciales de las piezas de los vehículos de exploración de Marte mostrados en la
Figura 4-5, sino que se ha optado por emplear máquinas de “Stratasys” que emplean la
tecnología “FDM” para fabricar de manera aditiva unos 70 componentes de dichos vehículos
empleando termoplásticos de altas prestaciones, incluyendo conductos interiores y elementos
estructurales como los mostrados en la Figura 4-6, tal como se puede comprobar en [377] y
[382].
165
Figura 4-5: prototipos funcionales de vehículos de exploración de marte de “NASA” durante pruebas en el desierto
que contienen unas 70 piezas diferentes fabricadas mediante “FDM”.
Figura 4-6: ejemplos de dos piezas fabricadas de termoplásticos de altas prestaciones por máquinas de “FDM” en el
vehículo de exploración de Marte de la “NASA”.
Éste es un claro ejemplo de una empresa que ha aprovechado los beneficios que ofrecen las
tecnologías de fabricación aditiva para reducir costes en el diseño de un nuevo producto sin
repercutir de manera significativa en su cadena de suministros y en el producto en sí. La
fabricación de los 70 componentes mediante fabricación aditiva se considera un uso esporádico
de estas tecnologías para la fabricación, ya que el producto en sí se considera el vehículo
completo, que en su mayoría se ha fabricado empleando tecnologías convencionales.

“ACS”.
Figura 4-7: logotipo actual de la empresa “ACS”.
El caso de la empresa de mantenimiento y reparaciones aeronáuticas “ACS” o “Advanced
Composite Structures” [383] se centra en la implementación de las tecnologías de fabricación
aditiva para la fabricación de utillajes guía y de sujeción que se ajusten a las necesidades de cada
cliente. Especializada en reparaciones de daños en elementos fabricados en materiales
166
compuestos, la empresa ha optado por el empleo de sistemas de “FDM” en vez de la fabricación
de sus utillajes mediante métodos convencionales, que suponían en torno al 80% del coste final
de la reparación, según se refleja en [377]. La Figura 4-8 muestra ejemplos de dichos utillajes.
Figura 4-8: ejemplos de utillajes altamente personalizados fabricados mediante “FDM” empleados para la
reparación de componentes aeronáuticos por la empresa “ACS”.
Según la propia empresa, debido al bajo volumen de trabajo que realizan para un mismo tipo de
aeronave o daño, los costes asociados a la fabricación de utillajes les hacían perder
competitividad pues no podían amortizarlo adecuadamente debido a su línea de trabajo
especializado. Al optar por las tecnologías de fabricación aditiva para fabricar dichos elementos
ajustados a cada trabajo mediante técnicas de ingeniería inversa, ha permitido no solo reducir
sus costes de manera sustancial, sino que tiempo de espera o “Order Lead Time” (“OLT”) se ha
visto reducido casi en un 96% con comparación con el empleo de métodos de fabricación
convencionales. Esto les ha hecho ganar en competitividad sin repercutir de manera sustancial
en el servicio que ofrecen.
4.2.2.2. Empresas pertenecientes al segundo camino estratégico.
Se recuerda que el segundo camino estratégico consistía en la evolución de la cadena de
suministros de una empresa aeroespacial sin impactar de manera sustancial en el producto que
ofrecen. Aunque no se espera que este camino estratégico sea seguido por un gran número de
empresas hasta el medio plazo, existen ejemplos actuales de algunas empresas que están
empezando a seguir este camino al introducir máquinas de fabricación aditiva para tareas que
impactan en dicha cadena.
Actualmente, la estructura de la cadena de suministros de las empresas aeroespaciales consiste
en la fabricación y ensamblaje de sistemas y subsistemas complejos en pocos lugares, el
almacenamiento de piezas en almacenes centralizados y la llevada a cabo de las tareas de
mantenimiento y revisión de aeronaves en pocos lugares específicos. Las aeronaves comerciales
de “Boeing” y “Airbus” típicamente consisten en varios millones de piezas que se han fabricado
y transportado desde distintos puntos de fabricación alrededor del planeta. Esto presenta el
caso en el que las aerolíneas, para evitar largas demoras y periodos de inactividad de elementos
de su flota de aeronaves cuando éstas se enfrentan a averías o tareas de mantenimiento,
tiendan a mantener grandes inventarios de piezas de repuesto que, en su mayor parte,
167
permanecen sin usar y acaban pasando a ser piezas obsoletas al evolucionar los diseños de las
aeronaves.
Esto repercute en un gasto adicional para las aerolíneas de obsolescencia y espacio del
inventario, que se puede paliar mediante el empleo de tecnologías de fabricación aditiva.
Empleando éstas, pueden coexistir con los métodos de fabricación convencionales según la
Regla de Pareto del 20/80 para fabricar los repuestos menos usados pero que suelen acaparar
la mayor parte del espacio de inventario. Esto es, se mantienen en inventario los repuestos más
usados –que suelen ser la minoría– que han sido fabricados mediante métodos convencionales,
y se emplean máquinas de fabricación aditiva en los lugares de mantenimiento para fabricar los
repuestos menos empleados según haya demanda para ellos. Esto contribuye a que las
aerolíneas puedan mantener inventarios más escuetos para así ahorrar espacio en almacenes y
ahorrar en sus subsiguientes gastos asociados.
Según se vayan abaratando las máquinas de fabricación aditiva a medio plazo, tareas de
mantenimiento, reparación y revisión de aeronaves podrían beneficiarse en cuanto a coste al
cambiar a un modelo de cadena de suministros más distribuida habilitada mediante el empleo
de impresoras 3D. La fabricación de repuestos según se necesiten es relevante cuando se tiene
en cuenta la fabricación de piezas complejas a bajos volúmenes de producción o la fabricación
de repuestos para aeronaves obsoletas que ya no disponen de repuestos o si alguna aeronave
necesitara alguna pieza en lugares remotos.
Por lo tanto, los ejemplos actuales más notables de empresas que han empezado a recorrer este
segundo camino estratégico corresponden a empresas que buscan transformar sus cadenas de
suministros en cuanto a tareas de inventariado de piezas de repuesto y la reparación de
componentes y piezas complejas.

“BAE Systems”.
Figura 4-9: logotipo actual de la empresa “BAE Systems”.
Esta empresa británica proveedora de servicios integrados [384] que acomete, entre muchas
otras aplicaciones, los servicios de mantenimiento de cualquier aeronave para la que obtienen
las certificaciones correspondientes, ha mostrado su inclusión dentro del segundo camino
estratégico al modificar la manera en la que su cadena de suministros fabrica y proporciona una
pieza de repuesto a sus clientes.
Según se detalla en [385], la empresa se encontró con el problema de que su suministrador de
una pieza en particular –un elemento de tubo respirador de ventanas que impide que se
empañen éstas durante el vuelo de una aeronave, “BAe 146” (Figura 4-10)– había dejado de
producirlas ya que dicha aeronave se encuentra desfasada y obsoleta aunque sigue operando.
Anteriormente fabricadas mediante la técnica de inyección en molde, estas piezas
168
termoplásticas hubieran costado alrededor de los $23.000 (USD) sólo para la fabricación de
moldes y utillajes, y sólo hubiera salido rentable si se hubieran fabricado tiradas de miles.
Figura 4-10: pieza de repuesto fabricada mediante “SLS” para la aeronave BAe 146 por la empresa “BAE Systems”.
Sin embargo, sólo se requerían alrededor de las 300 piezas para cubrir su demanda. Enfrentados
a esta situación y a una espera de meses, la empresa decidió explorar la vía que las tecnologías
de fabricación aditiva ofrecían. A tal efecto, consiguieron que otra empresa les fabricara la pieza
en cuestión de nailon empleando la tecnología de sinterización en lecho de polvo en dos
semanas, y procedieron a su certificación por la EASA, que obtuvieron en enero de 2014 [386]
con una reducción de costes del 40% en comparación a su coste anterior cuando se fabricaba
de manera convencional.
Figura 4-11: detalles de la pieza de nailon del tubo respirador de ventana fabricado mediante “SLS”.
La Figura 4-11 muestra la pieza y el proceso que se hubo de seguir para obtener dicha
certificación. Este caso fue uno de los primeros en los que una pieza fabricada mediante
tecnologías de fabricación aditiva ha conseguido certificación de la EASA y se encuentra
actualmente en vuelo en aeronaves comerciales.
La empresa, mediante el empleo de tecnologías de impresión 3D, ha modificado su cadena de
suministros ofreciendo el mismo producto pero con tiempos de entrega reducidos, tiradas de
producción que se ajustan a la demanda para piezas de aeronaves obsoletas y obteniendo
mayores beneficios y rentabilidad a consecuencia de ello.
169

“Rolls-Royce”.
Figura 4-12: logotipo actual de la empresa “Rolls-Royce”.
El fabricante de aerorreactores “Rolls-Royce” ha abogado por el empleo de las tecnologías de
fabricación aditiva para sus instalaciones de reparación avanzadas en Alemania. Según [387], la
rama alemana de esta empresa ha instalado máquinas de depositado mediante energía dirigida
(“DED”) para poder llevar a cabo la reparación de piezas complejas de los aerorreactores que de
otra forma habría que volver a fabricar de nuevo, usando la impresión 3D. Empleando técnicas
de “laser cladding” con depositado de alambre en vez de polvo metálico, se consiguen reparar
componentes como álabes de compresor, componentes de la cámara de combustión y
componentes de las monturas, sujeciones y carcasas, así como fabricar o añadir geometría a las
piezas existentes obsoletas para reflejar mejoras en el diseño que se hayan podido realizar,
ahorrando de esta forma tener que reemplazarlas. La Figura 4-13 muestra la reparación de una
sección de brida en una carcasa de un aerorreactor [388].
Figura 4-13: reparación de una brida (“flange”) en una de las carcasas de un motor “Rolls-Royce” mediante “DED”.
Así mismo, la Figura 4-14 muestra una estructura de malla fabricada de aleación de níquel 625
mediante “DED” en el estátor de la segunda etapa de la turbina de alta presión ya existente que
incrementa de manera significativa la unión entre dicha superficie y la capa del material que
forma la barrera térmica cerámica de Mg-Al-Spinel aplicada sobre los componentes metálicos
para prolongar su vida útil, así como su resistencia a tensiones tangenciales.
170
Figura 4-14: geometría mallada fabricada en aleación de níquel mediante “DED” sobre un elemento del estátor de la
turbina de alta presión favoreciendo las propiedades de la capa de barrera térmica (“TBC”) en un aerorreactor de
“Rolls-Royce”.
En este caso la empresa “Rolls-Royce” ha modificado su cadena de suministros al evitar tener
que almacenar algunos de los componentes de aerorreactores más complejos como repuestos,
que pueden ser reparados o mejorados empleando las tecnologías de fabricación aditiva
respondiendo a la demanda que tuvieran en cada momento.

“Lufthansa Technik”.
Figura 4-15: logotipo actual de la empresa “Lufthansa Technik”.
De manera similar al caso de “Rolls-Royce”, la empresa alemana de servicio integral de
mantenimiento, reparación y revisión de aeronaves (MRO), “Lufthansa Technik”, ha optado por
el empleo de las tecnologías de la impresión 3D para la reparación de álabes de las etapas de
alta presión del compresor en los aerorreactores empleando técnicas de “laser cladding” de
“DED”, empezando en 2014 [377].
Tras obtener las certificaciones pertinentes de EASA, la empresa puede ofrecer servicios más
directos y menos costosos a sus clientes, prolongando la vida útil de las piezas existentes y
reduciendo su inventario de repuestos. La Figura 4-16 muestra cómo se reparó o reacondicionó
una de las ranuras desgastadas de los álabes del compresor de alta presión de un aerorreactor
empleando “laser cladding”.
171
Figura 4-16: reacondicionamiento de ranura desgastada de álabe del compresor de alta presión en un aerorreactor
mediante “laser cladding”.
4.2.2.3. Empresas pertenecientes al tercer camino estratégico.
El tercer camino estratégico, se recuerda, busca la evolución del producto que la empresa
aeroespacial ofrece, habilitado mediante la adopción de tecnologías de fabricación aditiva pero
sin una modificación significativa de su cadena de suministros. Se busca emplear las ventajas
que estas tecnologías ofrecen para que el producto alcance nuevos niveles de funcionalidad,
rendimiento e innovación que hasta ahora ha sido prohibitivo o imposible mediante el empleo
de tecnologías de fabricación convencionales. De nuevo, junto con el segundo camino
estratégico, éste es una vía que se espera que las empresas aeroespaciales adopten a medio
plazo, aunque ya existen numerosos ejemplos de algunas que realizan actividades
pertenecientes a este grupo.
En esencia, las empresas que pertenecen a este camino emplean las tecnologías de fabricación
aditiva para ofrecer una mayor personalización o aumentar la variedad de productos que
ofrecen, ofreciendo así un mayor alcance o extensión. A su vez, esto implica el empleo de las
tecnologías de impresión 3D para la fabricación de piezas finales en mayor medida que en los
dos caminos anteriores. Esto permite las siguientes ventajas para estas empresas que persiguen
este camino:

Fabricación de piezas de diseño complejo: el empleo de las tecnologías de fabricación
aditiva permiten el diseño de las piezas teniendo en mente la geometría y topología que
deben adoptar para optimizar su rendimiento en su aplicación. Esto es completamente
distinto a cómo se diseñan piezas complejas de manera convencional – es decir, las
limitaciones de las tecnologías de fabricación tradicionales son las que determinan la
geometría de las mismas.

Geometrías complejas: se pueden emplear tecnologías de fabricación aditiva para
fabricar piezas que contengan cavidades y canales internos y estructuras de celosías o
malladas sin que suponga ningún inconveniente. Esto permite el rediseño de piezas
optimizando el uso del material, ya que se eliminaría el exceso de material estructural a
la vez que se mantiene la resistencia de la pieza.
172

Reducción del material desechado: uno de los aspectos más importantes en cuanto a
la fabricación de piezas aeronáuticas es el parámetro que se conoce como la relación
“buy-to-fly”. Se trata de una medida de la cantidad de material que finalmente acaba
formando parte de la aeronave frente al material que se adquirió para fabricar dichas
piezas y componentes. Los materiales empleados en el sector aeroespacial, como el
titanio, níquel y otras aleaciones, presentan altos costes, por lo que se busca que esta
relación esté lo más cercana a la unidad. Sin embargo, la naturaleza de estos materiales
hace que para fabricar las piezas complejas de las aeronaves mediante técnicas
convencionales (como el mecanizado) se desperdicie una gran cantidad de éstos, tanto
como el 80% o el 90% en los casos más extremos. El empleo de las tecnologías de
impresión 3D puede permitir reducir la relación al entorno del 1,2:1 e incluso llegar al
1:1, el caso más ideal, pues con la fabricación aditiva se emplea todo el material para la
fabricación en la mayoría de los casos.

Simplificación de las piezas: otra de las bazas de las tecnologías de fabricación aditiva
consiste en condensar varias piezas de un conjunto existente en una sola elemental o
en pocas en comparación con las originales. Las restricciones impuestas por los métodos
de fabricación convencionales al enfrentarse a diseños complejos llevan a esta situación
– muchas veces es imposible fabricar un componente de una sola pieza, por lo que se
ha de convertir en un ensamblaje de varias. Esto trae consigo el inconveniente de añadir
al número total de piezas que se han de fabricar así como incrementar las
probabilidades de fallos en dichos componentes, por no decir el incremento en
esfuerzos de mantenimiento, inventariado, etc. La impresión 3D permite fabricar de una
sola vez el componente de una sola pieza, por lo que gana en todos estos aspectos.

Mejora de la funcionalidad de las piezas: la integración de la electrónica en las piezas
conforme se van fabricando de manera aditiva trae consigo la posibilidad de fabricar
componentes “inteligentes” que permitan la monitorización de los materiales, cargas,
ambiente, etc., por lo que se puede aumentar la eficiencia de las tareas de revisión y
mantenimiento al disponer de información del estado de cada componente, así como
su uso en aplicaciones de vuelo. Aunque este campo aún está dando sus primeros pasos,
ya se han estudiado algunas tecnologías en este Proyecto que podrían ser buenas
candidatas para estas aplicaciones, como es el caso de la fabricación mediante
consolidación ultrasónica.

Facilitación de la personalización de los productos: empleando otra de las fuertes bazas
de las tecnologías de fabricación aditiva, al no haber necesidad de emplear moldes o
herramientas especializadas para realizar la fabricación, no existe penalización por
personalizar tiradas cortas de ciertos componentes según las especificaciones de cada
cliente. Esto conlleva tiempos reducidos de puesta en servicio de los productos y una
mayor competitividad para las empresas aeroespaciales.
173
Las siguientes empresas aeroespaciales constituyen ejemplos concretos de empresas que han
seguido este camino estratégico aprovechando algunas de estas ventajas para mejorar sus
productos.

“GE Aviation”.
Figura 4-17: logotipo actual de la empresa “GE Aviation”.
El caso de “GE” es el de una empresa de fabricación de aerorreactores que está apostando fuerte
por las tecnologías de fabricación aditiva. A pesar de los muchos inconvenientes y problemas
que estas tecnologías aún deben superar si se han de usar de manera más amplia en el sector
aeroespacial, esta empresa presenta dos ejemplos claros que la pueden encuadrar en
actividades del tercer camino estratégico de la implementación de las tecnologías de impresión
3D.
En primer lugar, la nueva generación de turbofan que la empresa desarrolla en conjunto con la
francesa “Snecma” (“LEAP”) mediante “CFM International” posee la novedad de emplear
materiales compuestos avanzados para la fabricación de los álabes del fan. Cada álabe, a su vez,
lleva acoplado una sección de refuerzo y de adecuación del flujo de aire en su borde de ataque
fabricada de aleación de titanio (Ti-6Al-4V) para brindarle más resistencia al álabe y aumentar
la eficiencia del motor al mejorar el flujo. La geometría de los álabes es compleja, y estas
secciones de titanio deben adoptar dichas geometrías altamente difíciles de obtener sin un gran
esfuerzo de mecanizado y despilfarro de material [389].
Por esta razón, “GE” ha optado por emplear máquinas de fusión de metales en lecho de polvo
(“EBM”) para fabricar las secciones más complejas de estos elementos de titanio acoplados a
cada álabe del fan, simplificando y aliviando el esfuerzo sobre las tecnologías de fabricación
convencionales y, de esta forma, disminuyendo el coste en material y mecanizado.
Dichos elementos de titanio se pueden apreciar en la Figura 4-18. Constituyen un ejemplo del
empleo de tecnologías de impresión 3D para fabricar una pieza de diseño complejo.
174
Figura 4-18: refuerzos de titanio de los álabes del fan del nuevo aerorreactor de “GE” cuyas secciones más complejas
se han fabricado mediante “EBM”.
En segundo lugar, la empresa “GE” supone un gran ejemplo en cuanto a ganar funcionalidad y
mejorar piezas mediante su simplificación. También para la nueva serie de aerorreactores “LEAP”
y las generaciones posteriores ya en vías de desarrollo como el “GE9X” y “GEnx”, la empresa ha
optado por el empleo de las tecnologías de fabricación aditiva para las boquillas inyectoras de
combustible, como la mostrada en la Figura 4-19. Anteriormente, dichos componentes
consistían en más de 20 piezas que se tenían que ensamblar, aumentando su coste y
probabilidades de fallo – sin embargo, al fabricarlas de manera aditiva, se pueden producir
directamente de una sola pieza [389].
Figura 4-19: inyector de combustible de los nuevos turbofan “LEAP” fabricados por “GE” mediante AM.
175
Empleando técnicas de fusión de metales en lecho de polvo (“SLM”) y una aleación de cobaltocromo, la empresa ha conseguido que las complejas estructuras internas de dicho componente
se puedan fabricar sin suponer el gasto y esfuerzo productivo que hubiese supuesto en caso
contrario. La Figura 4-20 muestra el proceso de fabricación de estos componentes en el interior
de una de las máquinas de “SLM”.
Figura 4-20: fabricación de los inyectores de combustible del aerorreactor “LEAP” mediante “SLM”.
De esta forma, según [390], la empresa espera poder fabricar 19 de estos inyectores para cada
aerorreactor; producirá 1.000 de éstas durante 2015 y se espera que lleguen a una producción
anual de 40.000 en 2020.

“Airbus”.
Figura 4-21: logotipo actual de la empresa “Airbus”.
El caso de “Airbus” es el de otra empresa aeroespacial que está involucrada de manera firme
con las tecnologías de fabricación aditiva, especialmente en cuanto a la fabricación de piezas de
geometrías complejas. Ya a principios de 2014, según [391], “Airbus” realizó un estudio junto
con la alemana “EOS” para determinar la rentabilidad y sostenibilidad del empleo de tecnologías
de impresión 3D en el entorno de la producción industrial aeroespacial a largo plazo. Para
realizar el estudio, la empresa rediseñó una pieza estándar de acero, en concreto un soporte
bisagra de las góndolas del motor presente en la serie “A320”, consiguiendo fabricarla en
aleación de titanio con una geometría más compleja, como se muestra en la Figura 4-22. Dicha
pieza originalmente se fabricaba mediante un proceso de fundición mientras que actualmente
se fabrica de manera aditiva empleando la sinterización de metales en lecho de polvo (“DMLS”).
176
Figura 4-22: varias iteraciones de uno de los soportes bisagra de la góndola del motor de un “A320” rediseñado y
fabricado en titanio mediante “DMLS”. La pieza de acero obtenida mediante fundición original se encuentra a la
derecha.
El peso total de la pieza se ha reducido en un 40% mediante el empleo de una geometría óptima
y del titanio, reduciendo el peso total de una aeronave “A320” en 10 kg en total debido a esto.
A raíz de esto, la empresa ha obtenido la certificación de vuelo de varios componentes de su
línea de aeronaves, incluida el “A350 XWB”, que emplearán soportes y otros elementos
estructurales menores fabricados mediante la impresión 3D con geometrías complejas y en
otros materiales para ahorrar en peso, tiempo y coste de material [392]. Así mismo, el empleo
de componentes fabricados mediante fabricación aditiva se encuentra a bordo del satélite de
comunicaciones “Atlantic Bird 7”, así como el UAV “Atlante”.

“Lockheed Martin”.
Figura 4-23: logotipo actual de la empresa “Lockheed Martin”.
El último ejemplo de empresas aeroespaciales que han realizado actividades que las sitúan en
el tercer camino estratégico para la adopción de las tecnologías de fabricación aditiva es la
norteamericana “Lockheed Martin”. Dicha empresa ha pasado a fabricar uno de los soportes de
detección de fuga de aire de sangrado (“BALD” – “Bleed Air Leak Detection”) empleado en
aerorreactores de sus aeronaves usando la técnica de fundido mediante haz de electrones
(“EBM”).
Empleando máquinas de “Arcam AB”, se ha conseguido fabricar dichos componentes de
aleación de titanio (Ti-6Al-4V) reduciendo el coste de fabricación de la pieza en torno al 50%,
según [393]. Aunque el material para el proceso de fabricación aditiva sea más caro que el titanio
comercial usado para el mecanizado, resulta que de forma convencional se obtiene una relación
“Buy-to-Fly” del 33:1 mientras que el proceso aditiva obtiene una relación en torno al 1:1, por
lo que el precio total es mucho menor. La Figura 4-24 muestra dicho componente.
177
Figura 4-24: soporte de detección de fuga de aire de sangrado fabricado en titanio mediante “EBM” antes (arriba) y
después (debajo) del post-procesado.
Este caso representa un claro ejemplo de reducción de la cantidad de material que se perdería
para fabricar la pieza mediante un método convencional frente al empleo de casi la totalidad
del material en el caso de fabricarlo de manera aditiva.
4.2.2.4. Empresas pertenecientes al cuarto camino estratégico.
Por último, las empresas aeroespaciales pertenecientes al cuarto camino estratégico buscan
emplear las ventajas de las tecnologías de fabricación aditiva para alterar tanto sus productos
como la estructura de sus cadenas de suministros. El modelo de negocios de las empresas
evolucionaría al haber un nuevo tipo de colaboración con los proveedores para la creación de
nuevos productos empleando tecnologías de fabricación aditiva, y esfuerzos de las empresas
aeroespaciales a largo plazo podrían involucrar la adquisición de empresas desarrolladoras y
fabricantes de impresoras 3D especializadas para así desarrollar tecnologías propias enfocadas
a sus productos.
Este es un camino que se espera que adopten las empresas aeroespaciales a largo plazo de
manera significativa, en una, dos o tres décadas. Esto dependerá de la velocidad a la que se
desarrolle la tecnología de impresión 3D, a la vez que se vayan superando los problemas que
existen y surgirán con esta tecnología. A pesar de que aún es imposible que ninguna empresa
del sector aeroespacial pueda adoptar y llevar a cabo este camino por completo, es decir,
depender enteramente de las tecnologías de fabricación aditiva en sus proveedores de su
cadena de suministros y en la fabricación de sus productos, existen algunos ejemplos notables
de empresas que recientemente han tomado algunas acciones que las sitúan a la vanguardia del
conjunto empresarial aeroespacial por apostar por llevar a cabo una adopción de la impresión
3D a un nivel que ninguna otra empresa haya hecho hasta el momento, suponiendo un mayor
riesgo que las que aún no se han decidido a tomar pasos de esta magnitud.
A continuación se analizarán tres casos de empresas que ya han sido analizadas en otros
apartados anteriores pero que, por sus acciones particulares adicionales, merecen mención aquí.
178

“Lockheed Martin”.
Figura 4-25: logotipo actual de la empresa “Lockheed Martin”.
El primer caso que se estudiará es el de “Lockheed Martin”, que ya tuvo mención por emplear
máquinas de fabricación aditiva para mejorar sus productos actuales en el apartado anterior.
Sin embargo, esta empresa aeroespacial también muestra un claro ejemplo de modificación de
su cadena de suministros interactuando y colaborando más estrechamente con ella, buscando
colaborar e incluir empresas de fabricación aditiva. En este caso, se trata de la empresa
norteamericana que se estudió en este Proyecto conocida por la fabricación de la mayor
máquina en cuanto a dimensiones de la tecnología de depositado mediante energía dirigida
(“DED”), “Sciaky Inc.”.
Según [394], para el desarrollo de la aeronave de combate “F-35” de siguiente generación
(Figura 4-26), que será fabricada por “Lockheed Martin”, se empleará a “Sciaky Inc.” para la
fabricación de un elemento considerable de la estructura de las aeronaves en titanio, en
concreto del larguero de los “flaperons”13, que se puede apreciar en la Figura 4-26.
Figura 4-26: caza “F-35” de la empresa “Lockheed Martin”.
13
Superficies del ala que pueden actuar simultáneamente como “flaps” y alerones.
179
Figura 4-27: larguero de titanio de los “flaperon” del caza “F-35” fabricado mediante “EBDM”.
A diferencia de otras empresas, es la primera vez que un importante elemento estructural será
fabricado en una serie de producción completa empleando la fabricación aditiva. Esto es,
“Lockheed Martin” ha empezado a modificar su cadena de suministros al buscar y asociarse con
una empresa por su experiencia y conocimiento dentro del campo de la fabricación aditiva por
encima de cualquier otro factor, colaborando de forma estrecha con ella. El diseño complejo y
el empleo del “EBDM” producen una pieza que “Lockheed Martin” espera les ahorre unos $100
millones a lo largo de los 30 años de vida útil de la aeronave en comparación con la fabricación
de dicha pieza mediante tecnologías convencionales [377].
La empresa se plantea actualmente la fabricación de otros elementos estructurales de sus
aeronaves empleando la fabricación aditiva en un futuro próximo.

“GE Aviation”.
Figura 4-28: logotipo actual de la empresa “GE Aviation”.
“GE Aviation” presenta el caso de una empresa aeroespacial que no sólo está llevando a cabo
pasos para modificar sus productos empleando tecnologías de fabricación aditiva, sino que ya
ha tomado un paso adicional buscando alterar su cadena de suministros a largo plazo. Éste
consiste en la adquisición por parte de la empresa de dos compañías norteamericanas dedicadas
a la fabricación aditiva: “Morris Technologies” y “Rapid Quality Manufacturing” a principios de
2013. Es importante notar que dichas empresas no se tratan de desarrolladores de impresoras
180
sino que son empresas que buscan investigar en este campo y fabricar empleando máquinas de
diferentes tecnologías de diversos fabricantes que ya se han estudiado en el segundo capítulo,
enfocadas a la fabricación de piezas aeroespaciales, como las mostradas en la Figura 4-29 –
donde también se muestran las máquinas de “DMLS” que poseen de “EOS”.
Figura 4-29: Álabe de turbina fabricado por “Morris Technologies” para “GE” (izq.) y máquinas de “DMLS” de las que
dispone (der.).
Así mismo, según [377], “GE Aviation” aumentará su plantilla de personal dedicado
exclusivamente a la fabricación aditiva, que pasarán de los 70 que tenían en 2013 hasta los 210
para 2017.
Con estos pasos la empresa buscará aumentar la producción propia de componentes fabricados
mediante la impresión 3D a medio plazo, comenzando a evolucionar su cadena de suministros
al depender menos de proveedores tradicionales y realizar gran parte de la fabricación en sus
propias instalaciones mediante la impresión 3D.

“NASA”.
Figura 4-30: logotipo actual de la agencia estatal “NASA”.
El último ejemplo consiste, de nuevo, en la agencia norteamericana “NASA”. Junto con la
empresa de fabricación aditiva “Made in Space” [395], ha colaborado desde 2010 y sigue
colaborando para llevar máquinas de fabricación aditiva fuera de nuestro planeta, en concreto
a la Estación Espacial Internacional.
“Made in Space” ha desarrollado una impresora de “FDM” que, empleando termoplásticos, se
ha diseñado para que pueda funcionar en condiciones de microgravedad como las que se
181
encuentran en los satélites que orbitan la Tierra, como en la ISS. La han nombrado “Zero-G
Printer” y se puede visualizar en la Figura 4-31.
Figura 4-31: impresora de “FDM” “Zero-G Printer” de “Made in Space”.
Dicha impresora servirá como plataforma experimental para estudiar los efectos a largo plazo
sobre piezas fabricadas mediante “FDM” en y expuestas a condiciones de microgravedad. Para
ello, se imprimieron una serie de piezas en la Tierra antes de su lanzamiento a órbita para
comparar posteriormente con las mismas piezas que se imprimirán en la ISS.
Según [396], [397] y [398], el 20 de septiembre de 2014 se lanzó dicha impresora desde Cabo
Cañaveral pero no fue hasta el 17 de noviembre cuando se finalizó su instalación en la ISS. En
diciembre de 2014 se imprimió el primer objeto en la órbita terrestre, una llave de carraca, que
se puede visualizar en la Figura 4-32 junto con el astronauta Butch Wilmore, comandante de la
estación.
182
Figura 4-32: impresora de “FDM” instalada en la ISS (arriba) y astronauta comandante de la ISS con la llave de
carraca recién fabricada por dicha impresora (debajo).
En el año 2015 la empresa planea enviar a la ISS otra impresora 3D comercial, que podrá fabricar
piezas en más materiales. Una impresora de metales que trabaje en ambientes de
microgravedad también está en desarrollo.
Este caso es un importante avance pues abre la puerta a la fabricación de componentes y piezas
en lugares remotos –es decir, una capacidad de fabricación distribuida – que cobra especial
relevancia en el contexto espacial. Cada pieza y componente que se requiera para satélites o
estaciones espaciales ha de ser fabricada en la Tierra y posteriormente una cantidad altamente
desmesurada de energía –y, por consiguiente, de recursos económicos– han de emplearse para
hacerla llegar a la órbita terrestre. Si la capacidad de fabricación remota se traslada a lugares
fuera de la Tierra, una de las grandes barreras para la exploración y colonización del espacio se
habrá superado. Aunque se mantendrá la necesidad de enviar materiales avanzados desde la
Tierra para estas máquinas, con el tiempo se podrían aprovechar los recursos presentes en otros
cuerpos celestes para minimizar las cantidades y tipos de material que serían necesarios enviar.
De nuevo, se recuerda que los ejemplos que se han presentado a lo largo de esta sección no se
han de tomar como hechos puntuales o casos aislados, sólo son una selección de los más
relevantes dentro del sector aeroespacial. Es importante resaltar el hecho de que la gran
mayoría –por no decir todas– las empresas aeroespaciales actuales han adoptado las tecnologías
de fabricación aditiva en actividades que corresponden a alguno de los caminos estratégicos
estudiados aquí, y se espera que a largo plazo su papel se vuelva aún más relevante para éstas.
183
4.2.3. Casos de AM en el entorno institucional-educativo de
Sevilla.
Dentro de este apartado se hará una breve mención a algunos casos concretos de la adopción
de las tecnologías de impresión 3D en el entorno educativo e institucional de la Universidad de
Sevilla y su entorno. No se pretende entrar en gran detalle, simplemente se pretende poner de
realce casos anecdóticos para mostrar cómo van penetrando incluso en el entorno más cercano
estas tecnologías que aquí se pueden haber estudiado como algo lejano o que aún está por llegar
al día a día.
Actualmente se tiene constancia de que la propia Universidad tiene al menos tres impresoras o
departamentos que trabajan con ellas. Sin embargo, en todos los casos se trata de impresoras
de “FDM” que emplean termoplásticos para la fabricación de modelos y piezas para su estudio.
Se tiene constancia de que en la Escuela Técnica Superior de Ingeniería el Departamento de
Ingeniería Aeroespacial posee una en sus laboratorios, así como la Escuela de Arquitectura. La
Escuela Politécnica Superior también posee otra impresora, que el autor tuvo ocasión de visitar
e investigar de cerca, cortesía de D. Arturo Fernández de la Puente Sarriá y del personal de
laboratorio que operan con dicha impresora. Se trata de un modelo ya desfasado de la empresa
“Stratasys” de “FDM”, en concreto, el “Dimension SST 1200”, que se puede apreciar en las
siguiente Figura 4-33, así como un muestrario de piezas que se han fabricado con ella.
Figura 4-33: Máquina de “FDM” de “Stratasys” perteneciente a la Universidad Politécnica Superior de la Universidad
de Sevilla.
184
Figura 4-34: muestrario de piezas creadas mediante la impresora 3D de “FDM” de la EPS de la US.
Sin embargo, la mayor mención de interés para el sector aeroespacial en el entorno de Sevilla
se lo ha de llevar la empresa investigadora “FADA-CATEC”. Dentro de sus líneas de investigación,
cuentan con una línea que busca indagar si el empleo de las tecnologías de fabricación aditiva
en el sector aeroespacial es viable y cómo se podrían mejorar los materiales y las máquinas para
lograr que lo fueran [399], [400].
La empresa actualmente cuenta con dos máquinas de fabricación aditiva [401], una de
fotopolimerización “SLA” de “3D Systems” de altas prestaciones que emplea resinas
fotopoliméricas y una máquina de “SLM” de “Renishaw”, en concreto el modelo que se ha
estudiado en el capítulo anterior, “AM250”, que fabrica con metales en lecho de polvo mediante
su fusión. Dichos equipos tal como se encuentran en la empresa se presentan a continuación.
Figura 4-35: Máquinas de AM que actualmente posee “FADA-CATEC” de “SLA” (izq.) y de “SLM” (der.).
185
4.3. Análisis económico y técnico de la
implementación de la AM en el sector
aeroespacial.
Este apartado tratará de acudir a figuras económicas y comerciales más generales dentro del
sector aeroespacial que reflejen las consecuencias que han tenido para las empresas la adopción
de las tecnologías de fabricación aditiva independientemente del camino estratégico escogido.
Así mismo, se estudiarán previsiones económicas dentro del sector provenientes de diversas
fuentes para tener alguna base cuantitativa sobre el futuro próximo del empleo de estas
tecnologías en el sector, para así determinar si habrá grandes cambios en cuanto a las tecnología
empleadas desde este punto de vista.
Por otro lado, se estudiarán los requisitos técnicos que dichas tecnologías han debido reunir
para que fueran adoptadas por las empresas aeroespaciales y se comparará con el conocimiento
adquirido en los primeros dos capítulos de este Proyecto para determinar si las tecnologías que
se propusieron como “de interés” han sido las que realmente se han ido empleando. En especial,
se analizará los grandes retos técnicos que dichas tecnologías presentan que han impedido una
adopción mayor de estas tecnologías en el sector.
4.3.1. Análisis económico.
Desde el punto de vista económico, la fabricación aditiva en el mercado del sector aeroespacial
actual representa una cuantía que supera los 400 millones de dólares americanos en el año 2014
[378] y se espera que se duplique para el año 2020 (Figura 4-36). Esto representa la inversión y
gastos totales que las empresas han realizado en las tecnologías de fabricación aditiva, desde la
adquisición de equipos, de materiales, software y la contratación de servicios relacionados con
la impresión 3D.
Figura 4-36: proyección desde 2014 de la inversión en AM de las empresas aeroespaciales.
Como se puede apreciar, la mayor parte de los gastos corresponden a la adquisición de equipos,
y se prevé que dicho punto de inversión siga siendo el más prevalente, siempre suponiendo más
186
del 60% de las inversiones totales. Es notable resaltar que los gastos en material suponen una
fracción importante de los restantes tres tipos de gastos, por razones que ya se expusieron en
el capítulo anterior. Así mismo, es interesante el hecho de que, dentro del sector aeroespacial,
los gastos en cuanto a servicios relacionados con la impresión 3D –es decir, la contratación con
empresas exteriores para que fabriquen las piezas solicitadas de forma aditiva– es también una
fracción minoritaria. A pesar de las ventajas que para otro tipo de empresas la contratación de
la fabricación de piezas a terceros puede suponer, las aeroespaciales se muestran más reacias
por razones de secretismo empresarial y la escasez de este tipo de empresas dotadas con las
máquinas y tecnologías capaces de fabricar con los estándares exigidos.
Si se compara con el mercado de ventas y servicios relacionados de las impresoras 3D en su
conjunto, según [402], en 2014 éste ha supuesto en torno a los 3.100 millones de dólares (Figura
4-37), por lo que si se compara con los datos correspondientes al sector aeroespacial, la
inversión y gastos de éste han supuesto que para dicho año, en torno al 14% del mercado global
de la impresión 3D correspondió a éste.
Figura 4-37: mercado de las tecnologías de fabricación aditiva.
Esto se refuerza si se contrastan datos correspondientes al año 2013, más fiables que los más
recientes y las previsiones de agencia financieras. La Figura 4-38 muestra el reparto en
porcentajes para el 2013 en cuanto a sectores de las ventas de sistemas de impresión 3D totales.
Figura 4-38: venta de sistemas AM por sectores industriales para el 2013.
187
Para dicho año, el sector aeroespacial supuso el 12% del segmento de mercado. Se ha de tener
en cuenta que para dicho sector, la mayoría de los sistemas que se adquirieron fueron sistemas
industriales, entre los cuales se incluyen los que imprimen metales, que, según [403] y tal como
se puede visualizar en la Figura 4-39, supusieron unas 350 impresoras vendidas en 2013.
Figura 4-39: venta de impresoras 3D que procesan metales.
Si se compara con el total de impresoras vendidas (Figura 4-40 [404]) en el año 2013, alrededor
de las 80.000, éstas supusieron un 0,4% del total. Sin embargo, se ha de tener en cuenta que los
precios de dichos sistemas, como se pudo comprobar en el capítulo anterior, son varios órdenes
de magnitud superiores a los sistemas para “consumidores” (entendiendo como tales los
sistemas no dirigidos a la producción industrial, cuyo coste es inferior a los $10.000), que
supusieron el mayor porcentaje de ventas totales de impresoras en dicho año, de nuevo como
se puede visualizar en la Figura 4-40.
Figura 4-40: número total de impresoras 3D vendidas globalmente. Previsión hasta el 2017.
Es decir, aunque las ventas potencialmente dedicadas al sector aeroespacial en el año 2013
fueron pequeñas cantidades de sistemas comparados con el total, su coste, varias órdenes de
magnitud superior al promedio de los sistemas vendidos, hacen elevar el impacto del sector
aeroespacial económicamente al 12% antes citado.
De hecho, en la Figura 4-40 se puede observar un hecho interesante. Hasta ahora, y se prevé
que así siga, el número total de sistemas de impresión 3D que se venderán serán los destinados
a usos domésticos o no-industriales. Aunque supongan el 80% de las ventas totales, debido al
188
elevado precio de los sistemas industriales, éstos siempre superarán en cuanto a beneficios para
el sector de la impresión 3D a los de “consumidores”, razón por la cual el desarrollo de estos
sistemas destinados a la producción y fabricación industrial cobrarán una relevancia importante
en cuanto a desarrollo y es raro que sean eclipsados por los sistemas destinados a uso doméstico.
Todas las previsiones consultadas ven crecer el mercado de la fabricación aditiva de manera
importante durante los siguientes 10 años. Los desarrollos tecnológicos que permitan el empleo
de más materiales y que permitan superar los actuales retos técnicos de las impresoras harán
que el desarrollo y venta de nuevas máquinas aumente en mayor medida durante los próximos
años. Expertos del sector aeroespacial, como se recoge en [405], afirman que se prevé que el
mercado para impresoras de metal crezca anualmente entre el 30 y 40% entre el 2015 y 2016 al
pasar del desarrollo a la comercialización muchos sistemas nuevos enfocados a mejorar la
generación actual.
Comparado con el gasto total de las empresas aeroespaciales en tareas de fabricación, según
[406], en 2013 esto supuso un gasto de $162.000 millones (Figura 4-41). Si se compara con el
gasto en fabricación aditiva de las mismas, se tiene que este gasto no supera el 0,26%. Esto es,
actualmente la penetración de las tecnologías de fabricación aditiva en el sector es casi
despreciable aunque presente. De acuerdo a las previsiones, esto podría crecer hasta el 0,60%
en el año 2023, es decir, podría triplicarse el gasto de las empresas aeroespaciales en cuanto al
uso de tecnologías de fabricación aditiva.
Figura 4-41: gastos totales del sector aeroespacial en cuanto a la fabricación.
Aunque a medio plazo es muy dudoso que las tecnologías de fabricación aditiva supongan un
riesgo de reemplazo para las tecnologías de fabricación tradicionales, no se puede despreciar el
papel que puedan jugar a largo plazo al mejorarse y desarrollarse esta tecnología. Su uso
disminuirá drásticamente los costes asociados a la producción, especialmente teniendo en
cuenta que de los gastos totales, alrededor de los $11.000 millones corresponden a gastos de
compra de material (Figura 4-42). Con las relaciones “buy-to-fly” actuales que rondan una media
de 6:1 pero que pueden llegar a superar el 30:1 para algunas piezas, la adopción de la impresión
3D que no supera el 2:1 en el peor de los casos y cuya media ronda el 1:1, su impacto sobre este
gasto podría suponer un ahorro importante.
189
Figura 4-42: gastos totales del sector aeroespacial en cuanto a materiales en el 2013.
Una vez analizado el impacto económico actual y previsto para el futuro próximo de las
tecnologías de fabricación en el sector aeroespacial, se estudiarán algunas de las razones por las
que a los directivos de las empresas de este sector les cuesta decidir desde el punto de visto
económico hacer una mayor adopción de las tecnologías de impresión 3D para tareas de
fabricación.
Según [377], las razones principales se pueden recoger en los siguientes puntos, tipificadas
mediante preguntas típicas que los directivos de dichas empresas podrían barajar, junto con
información relevante concerniente a éstas.

¿Cuán real es la fabricación aditiva? ¿Es sólo otra nueva tecnología o podría tener
implicaciones a largo plazo?
Aunque se han demostrado los beneficios que podrían tener las tecnologías de fabricación
aditiva mediante esfuerzos de I+D recientes, éstos se han llevado a cabo en condiciones
controladas y los detalles técnicos de los mismos, al igual que los económicos cuando se han
llevado a cabo, no son del dominio público. Es decir, para aquellos directivos de empresas
aeroespaciales que no han tenido un contacto directo con estas tecnologías, juzgar la validez de
estos estudios aplicados a casos reales se les hace difícil. Como se ha podido comprobar, grandes
empresas como “Boeing”, “Airbus” o “Lockheed Martin” han invertido en y han llevado a cabo
extensos estudios sobre estas tecnologías, pero para empresas menores o de la cadena de
suministros acceder a una información tan valiosa les es imposible ya que estas empresas no la
divulgan. El arriesgado paso de destinar una gran inversión a realizar pruebas y estudios por su
cuenta dificultan que se adopten estas tecnologías de una manera más extensa dentro del sector.

Poseemos y entendemos los métodos convencionales de fabricación. ¿Podemos
arriesgarnos a adoptar la impresión 3D sin un conocimiento y experiencia
comparable?
Expertos del sector de la fabricación aeroespacial tienen décadas de experiencia con los
procesos de fabricación tradicionales, como el mecanizado, forjado, fundición, etc. que
actualmente se emplea de manera mayoritaria para la fabricación de las piezas y componentes
190
del sector aeroespacial – así como con los materiales y las propiedades obtenidas al procesarlos
mediante estos métodos. Incluso la experiencia colectiva industrial con estas tecnologías y sus
resultantes materiales data de siglos. Tal como ocurre con la aparición de cualquier tecnología
nueva, cada empresa valorará el riesgo que la innovación que supone posee y unas la adaptarán
antes que otras. Aunque la fabricación aditiva lleva presente más de tres décadas, no ha sido
hasta años recientes cuando ha empezado a cobrar una relevancia importante para el sector. Al
no poseer conocimientos profundos ni experiencia sobre cómo se comportarán los materiales
fabricados mediante la impresión 3D ni las posibilidades que ofrecen dichas tecnologías, muchos
directivos se muestran reacios ya que podría impactar negativamente en sus ventas al
enfrentarse al desconocimiento sobre los procesos.

Somos fabricantes de productos variados. ¿Puede ayudarnos la fabricación aditiva en
todos ellos?
Algunos fabricantes de componentes aeroespaciales fabrican piezas para un rango diverso de
aplicaciones, que puede no siempre ser el aeroespacial. Poseer el conocimiento necesario para
determinar si una tecnología de fabricación aditiva se puede emplear para producir distintas
piezas destinadas a usos diferentes puede ayudar a que se adopten en mayor medida en las
empresas del sector. Ya se conoce el hecho de que una máquina de fabricación aditiva no supone
coste alguno al cambiar la pieza que se quiera fabricar, siempre que sea del mismo material y
proceso, por lo que en este aspecto quizá sea más fácil decidir.

Fabricamos componentes altamente especializados. ¿Podemos seguir garantizando la
calidad y fiabilidad de nuestros productos al emplear la impresión 3D?
Este aspecto es uno en el que no se podrá responder afirmativamente con seguridad hasta que
no siga avanzando la tecnología de impresión 3D actual – de hecho, la repetitividad y
consistencia en la calidad de las piezas fabricadas es uno de los mayores inconvenientes técnicos
actuales, como se podrá comprobar en el siguiente apartado. La calidad se refiere a tolerancias
por una parte y a las propiedades del material de la pieza resultante por otro – esto último se
dejará para el siguiente apartado. En cuanto a tolerancias, las tecnologías de fabricación aditiva
actuales ofrecen rangos de entre los 20 a los 40 µm, pero para algunas aplicaciones
aeroespaciales se requieren tolerancias menores de los 10 µm e incluso de 2 µm. Si dichas piezas
se fabrican mediante las tecnologías de impresión 3D actuales, conllevan esfuerzos de
mecanizado adicionales para llevar las tolerancias a los valores deseados, aumentando su coste
y suponiendo un mayor tiempo de fabricación.
Tras estas preguntas, también supone relevante desde el punto de vista económico empresarial
los posibles cambios que la adopción de las tecnologías de impresión 3D podrían tener en
cualquier empresa del sector aeroespacial para así permitir que la dirección de dicha empresa
se prepare para los posibles cambios que podrían ser necesarios. La Tabla 4-3 recoge algunas
consideraciones importantes que las empresas habrán de tener en cuenta en cuanto a la
191
adopción de estas tecnologías en su entorno empresarial y los posibles impactos de éstas en sus
funciones empresariales, divididas por sector.
Ámbito de la
empresa
Consideraciones y posibles impactos de la implementación de AM
I+D y desarrollo de
productos
Se han de elegir componentes y piezas que favorezcan la fabricación mediante la
impresión 3D sobre las opciones convencionales. Para romper con las actuales
limitaciones en cuanto al diseño se ha de alcanzar un mayor nivel de transferencia de
ideas y apertura en el ámbito inter-empresarial. Es decir, debe existir una mayor
colaboración entre los profesionales para hacer avanzar la tecnología aplicada al sector
aeroespacial de manera más significativa.
Cadena de suministros
Se debe buscar un equilibrio entre la fabricación propia y la subcontratación a
proveedores en cuanto a la fabricación aditiva. Así mismo, se han de elegir proveedores
de acuerdo a sus capacidades de impresión 3D y considerar oportunidades de
fabricación conjunta con proveedores y clientes.
Departamento legal
Se han de entender las regulaciones regionales y nacionales en cuanto a la impresión
3D, sobre todo en lo concerniente a derechos de propiedad intelectual para no incurrir
en delitos y para proteger los diseños propios.
Recursos humanos
Se ha de anticipar una demanda reducida de personal asociado a la fabricación. Así
mismo, la demanda de expertos cualificados en diseño y ciencias materiales puede
aumentar con el uso de la impresión 3D en la empresa, por no decir personal
cualificado en su uso.
Finanzas
Se deben realizar estudios de comparación de costes fijos y variables de las tecnologías
de impresión 3D frente a las convencionales.
Informática
Se deben evaluar y reconfigurar los programas y sistemas de CAD y CAM para su uso
con las tecnologías de fabricación aditiva. Así mismo, se deben integrar los sistemas
informáticos con las plataformas de I+D y fabricación, es decir, con las propias
impresoras.
Tabla 4-3: consideraciones y posibles impactos en las empresas aeroespaciales al adoptar las tecnologías AM.
Junto con estas consideraciones, si se estudia desde el punto de vista de la cadena de valores de
una empresa aeroespacial, es decir, el proceso que va desde la identificación de una necesidad
hasta el servicio posventa, con todos los pasos intermedios de desarrollo, fabricación, entrega,
marketing y ventas, se pueden identificar las ventajas económicas para las empresas que se
recogen en la Tabla 4-4, junto con requerimientos y más consideraciones adicionales.
Algunos de estos requerimientos ya se han mencionado o descrito anteriormente, pero se
vuelven a incluir para tener una referencia más completa. Así mismo, dicha información
presentada se considera un resumen final de los aspectos del análisis económico iniciado a
principios de este capítulo y desarrollado a lo largo de este apartado.
192
Cadena de valores
Consideraciones y requisitos
Identificación de
necesidades y
obtención de recursos
· Elección de piezas y componentes que se
beneficiarán de las tecnologías de
impresión 3D frente a las convencionales.
· Elección de sistemas y tecnologías de
fabricación aditiva adecuadas para la
aplicación.
· Evaluación de la contratación de
servicios de impresión 3D exteriores
frente a la adquisición de impresoras.
· Elección de los materiales específicos
para las aplicaciones de fabricación
aditiva.
I+D y fabricación
· Requisito de mano de obra cualificada y
tecnologías
compatibles
con
la
fabricación aditiva.
· Estudio de la posibilidad de emplear la
fabricación aditiva junto con los métodos
convencionales para la fabricación.
· Actividades de post-procesado.
· Control de calidad.
· Costes y esfuerzos reducidos para el
cambio del componente fabricado.
· Cambio en los esfuerzos de reciclaje de
material frente a los métodos
convencionales.
· Esfuerzos reducidos en cuanto a
modelado, fabricación de prototipos y
utillajes, herramientas, moldes, etc.
· Mayor flexibilidad para las iteraciones en
el proceso de diseño.
· Reducción de peso de las piezas.
· Minimización de material malgastado.
· Simplificación de las piezas.
· Productos de diseño complejo.
· Facilidades para la personalización de los
productos.
· Desarrollo de nuevos productos
anteriormente prohibitivos por costes y
complejidad.
Entrega
· Entrega adaptada a la fabricación
distribuida, es decir, cercana al punto de
uso.
· Entregas de lotes más pequeños.
· “Time-to-market” reducido.
· Empaquetado y método de entrega
optimizado basado en la información
reunida mediante prototipos.
· Planificación de los precios y
promocionado de productos nuevos y
superiores.
· Personalización del producto a las
necesidades de cada cliente.
· Mayor participación con el cliente:
trabajo conjunto para la fabricación de
componentes y productos.
· Beneficios derivados del ofrecimiento de
productos innovadores y superiores.
· Requerimiento de poseer ejecutivos con
experiencia práctica en la fabricación
aditiva accesibles y de cara a los clientes.
· Planificación de repuestos teniendo en
cuenta los beneficios y limitaciones de la
fabricación aditiva.
· Fabricación según la demanda con
inventarios reducidos.
· Repuestos obtenidos más rápidamente.
· Inmunidad de los repuestos frente a
evoluciones de las piezas.
· Trabajo conjunto con los clientes para la
fabricación de repuestos personalizados.
· Limitaciones de escalabilidad: bajos
volúmenes de producción de repuestos.
Marketing y ventas
Servicio posventa
Impacto y ventajas de la AM
· Un coste más elevado del material pero
se requiere una cantidad muy inferior
comparado con las técnicas de fabricación
tradicionales.
· Se requiere una menor inversión de
capital para alcanzar economías de escala
y alcance.
Tabla 4-4: consideraciones estratégicas y beneficios de la adopción de las tecnologías de AM en la cadena de valores
de una empresa aeroespacial.
193
4.3.2. Análisis técnico.
En este apartado se analizará de una forma completa, con toda la información obtenida en este
Proyecto, si la implementación de las tecnologías de fabricación aditiva en el sector de la
fabricación aeroespacial es viable o no desde el punto de vista técnico. En concreto, se
presentarán los grandes retos técnicos que existen actualmente que podrían obrar en contra de
la implementación de estas tecnologías en el sector; aunque algunos se han ido nombrando o
presentando de manera anecdótica a lo largo de este Proyecto, aquí será donde se hará el
análisis exhaustivo y completo de los mismos.
Por otro lado, en este apartado se pretende también presentar, desde el punto de vista técnico,
las ventajas de y aquellas tecnologías de fabricación aditiva que cumplen en mayor medida los
requisitos técnicos y, por esto, son las que más fácil se están adoptando y empleando en el
sector en cierta medida. A su vez, se detallarán estudios sobre investigaciones que se están
llevando a cabo con la intención de solucionar algunos de estos problemas.
Sin embargo, antes de poder realizar dicho análisis, se hace necesario un listado más riguroso
de los parámetros de las impresoras 3D que influyen de manera constatada en la calidad y
propiedades de la pieza final. A tal efecto, los parámetros que se presentan a continuación son
los que más influencia tienen en cuanto a la fabricación de piezas para las máquinas que
emplean tecnología láser, según varias fuentes consultadas, entre las que destaca [407], con un
enfoque especial en la fabricación de metales. Las que emplean haz de electrones pueden
compartir algunos de estos parámetros de manera general; se ruega proceder a investigaciones
más rigurosas sobre esta tecnología si resultara de interés ya que se ha decidido, por la escasez
de información de la misma y por el reducido grupo de máquinas que la emplean, no indagar en
ella aquí.

Potencia del láser. Medida de la energía que proporciona el láser empleada para fundir
o sinterizar el material en forma de polvo; se emplea la unidad de vatio (W).

Distancia entre puntos. También abreviado como “PD” (“Point Distance”). El empleo de
los láseres en las aplicaciones de impresión 3D no es de manera continua aunque lo
parezca, sino que se trata de una serie de operaciones discretas muy veloces. A tal
efecto, obtiene relevancia el concepto de distancia entre puntos, entendiendo como tal
a la distancia que existe entre dos puntos de láser consecutivos (Figura 4-43). Se suele
utilizar la unidad de micrómetros (µm); los círculos de mayor tamaño muestran la zona
afectada por el calor del láser, es decir, la zona fundida o sinterizada, según el caso.
Figura 4-43: visualización del parámetro “distancia entre puntos” o “PD”. Se muestran tres distancias diferentes.
194

Velocidad de escaneado. Este parámetro, también conocido como “SP” (“Scanning
Speed”), se define como la distancia que el láser recorre por unidad de tiempo entre
subsiguientes puntos de activación del láser. Es decir, es la velocidad que resulta
empleando como tiempo el que transcurre entre la desactivación del láser en el punto
anterior y la activación de éste recorrida una distancia igual a la distancia entre puntos
(“PD”). Se suele medir en milímetros por segundo (mm/s) aunque no es raro encontrarlo
en metros por segundo (m/s). La Figura 4-44 ilustra este concepto.
Figura 4-44: visualización del parámetro “velocidad de escaneado” o “SP” a diferentes “PD” constantes y todo a
potencia constante.

Tiempo de exposición. También conocido como “ET” (“Exposure Time”), constituye el
tiempo en el que un punto del láser permanece sobre el mismo lugar; se suele medir en
microsegundos (µs). La Figura 4-45 ilustra dicho parámetro para tres distancia entre
puntos diferentes y a potencia del láser constante. A mayor tiempo de exposición,
mayor será la energía térmica transferida al polvo metálico y mayor efecto de fundido
o sinterización se obtendrá.
Figura 4-45: ilustración del parámetro de “tiempo de exposición” a tres distancia entre puntos diferentes y potencia
del láser constante.
Aunque existen otros parámetros propios del láser, como su longitud de onda o frecuencia así
como diámetro del punto enfocado, éstas se consideran secundarias ya que su contribución a
las propiedades del material resultante se encuentra relacionado con los parámetros anteriores
y no suelen ser una variable. Para obtener algunos de estos parámetros para máquinas de
interés, se ruega consultar las referencias de cada impresora que se proporcionaron en la
sección correspondiente del capítulo anterior.
Así mismo, existen parámetros derivados de dichas magnitudes también importantes, como la
densidad de energía del láser (“E” o “Laser Energy Density”), definida como:
𝐽
𝐸[𝑚𝑚3 ] =
𝑃 [𝑊]
𝑚𝑚
]·𝑃𝐷[𝑚𝑚]·𝑡[𝑚𝑚]
𝑠
𝑆𝑃 [
195
(1)
donde “P” corresponde a la potencia del láser y “t” a el espesor de la capa de metal metálico
sobre la que trabaja. Este parámetro es más eficaz para cuantificar la cantidad de energía que
se transfiere al metal en polvo por el láser que tiene fuertes implicaciones, según [408], en
propiedades de la pieza resultante como la porosidad, microestructura y proporción de las
distintas fases que aparecen en una aleación.
Antes de realizar un análisis exhaustivo, sin embargo, se hace necesario exponer los retos
técnicos que presentan las tecnologías de fabricación aditiva.
4.3.2.1. Los grandes retos técnicos que presenta la AM actualmente.
Ya se ha discutido y presentado en más de una ocasión de este Proyecto las ventajas que las
tecnologías de fabricación aditiva poseen y las razones por las que dichas ventajas se ajustan y
beneficiarían al sector de la fabricación aeroespacial actualmente. Sin embargo, existen grandes
problemas con la mayoría de las tecnologías de fabricación aditiva que se han estimado “de
interés” para el sector aeroespacial que impiden en gran medida que se adopten de una manera
más amplia y completa, a la vez que contribuyen a que las empresas se muestren reacias a
adoptarlas. Es decir, debido a los siguientes problemas o retos técnicos, las tecnologías de
impresión 3D no se podrán implementar en mayor medida en el sector hasta el punto en el que
sustituyan o supongan un peligro para los métodos de fabricación convencionales.
A continuación se presentan dichos retos técnicos que se detallarán apropiadamente,
propuestos por [377] y [389].

Limitaciones de escalabilidad.
Esto se refiere, en resumidas cuentas, a la velocidad de fabricación de las impresoras 3D.
Actualmente, excepto para algunas máquinas específicas, las velocidades constructivas son
demasiado lentas para ser aceptables si se requiriera de la empresa fabricar una gran cantidad
de piezas en un plazo corto. Como se pudo comprobar mediante los datos de las impresoras
presentados en los primeros dos capítulos, la mayoría que emplean tecnología de “DMLS” o
“SLM”, es decir, las de sinterización y fusión de metales en lecho de polvo, que suponen la
mayoría de los sistemas que procesan metales, tienen velocidades constructivas que rondan los
10 cm3/h.

Limitaciones de tamaño.
Otro aspecto que comparten la gran mayoría de los sistemas de fabricación aditiva es el reducido
tamaño de las piezas que pueden fabricar si se compara con las tecnologías convencionales.
Aunque existen excepciones, son pocas actualmente, y esto supone un gran impedimento para
que estas tecnologías alcancen el nivel de fabricar componentes estructurales complejos como
superficies sustentadoras, fuselajes, etc.
196

Rango insuficiente de materiales.
Aparte del gran problema económico que existe actualmente con el suministro y
comercialización del material para las grandes impresoras industriales, desde el punto de vista
técnico, la escasez de variedad de dichos materiales contribuyen actualmente en gran medida a
que no se puedan emplear en todas las aplicaciones que se desearían dentro del sector. Aunque
es cierto que existen actualmente encarnaciones en forma de polvo metálico de aleaciones de
titanio, níquel, cobalto-cromo y aceros, la cantidad de aluminios es escasa así como la variedad
de sus aleaciones. Las únicas tecnologías que podrían librarse de este problema serían las que
emplean material en forma de alambre o planchas como ocurre en el caso del “EBAM” y “UC”
respectivamente. En esencia, si se compara con los materiales a disposición de la industria
aeroespacial actual, los materiales metálicos e incluso poliméricos usados en la mayoría de los
sistemas de impresión 3D dejan mucho que desear en cuanto a la variedad.

Capacidad de impresión multi-material limitada.
Aunque quizá se pueda considerar relativamente el menor de los factores que suponen un reto
técnico de la adopción de la fabricación aditiva en el sector, aún supone una gran relevancia. No
sólo se ha de considerar este aspecto por aplicaciones noveles, como la creación de materiales
gradados, depositando y creando la pieza de tal manera que se aplica el material óptimo para
cada aplicación en función de la geometría de la pieza, sino que también se ha de considerar
desde la perspectiva de la fabricación de un producto entero. Si se tuviera dicha capacidad, se
podrían fabricar directamente productos que actualmente deben ensamblarse y unirse
empleando mano de obra y otros materiales y/o energía.

Falta de consistencia en la calidad.
El último gran reto quizá sea el más importante y el que más reacio vuelve a los directivos de las
empresas aeroespaciales a adoptar las tecnologías de impresión 3D – y no sin razón. No existe
actualmente repetitividad ni consistencia en la calidad de una misma pieza que se fabrique no
sólo en otra máquina, sino en la misma. Incluso para piezas más pequeñas que se pueden
fabricar a la vez como parte de un lote, existen importantes variaciones entre los parámetros de
calidad de unas con respecto a otras. No solo esto, sino que el propio proceso y el material llevan
a complicaciones difíciles de paliar o detectar actualmente como porosidades y otros
desperfectos en la microestructura del material que resultan en piezas propensas a fallos
inesperados. El hecho de no disponer de sistemas de metrología e inspección lo suficientemente
sofisticados integrados en las impresoras que puedan ir garantizando la calidad de cada capa
conforme se va depositando hace que sea imposible obtener piezas de calidades consistentes
dentro de una cierta tolerancia con el estado actual de la tecnología en el mercado.
Estos retos suponen la mayor parte de las razones técnicas por las que las tecnologías de
fabricación aditiva no se han adoptado de manera significativa en la mayoría del sector. Es decir,
por sus velocidades bajas de fabricación, pequeños tamaños de las piezas, poca variedad de
materiales disponibles, incapacidad de emplear varios materiales a la vez y escasez de
repetitividad y fiabilidad en la construcción que llegan a variar parámetros tan importantes
como la geometría y propiedades del material, el sector aeroespacial aún no está preparado
para comprometerse de manera significativa con las máquinas de fabricación aditiva actuales.
197
4.3.2.2. Análisis de las posibles soluciones a los retos técnicos de la AM
actuales: identificación de parámetros clave en la falta de
consistencia de la calidad.
Obviamente, los grandes retos y problemas que se han detallado en la sección anterior son el
objeto de gran cantidad de investigaciones por parte de la comunidad científica para poder
beneficiar no sólo a las empresas de fabricación aditiva, sino a todo el sector industrial, incluido
el aeroespacial. Así mismo, se torna obvio el hecho de que las soluciones a dichos problemas
serían triviales: si la velocidad constructiva es baja, debe aumentar; si el tamaño de las máquinas
no permite la construcción de piezas de mayores dimensiones, se debe buscar la forma de
permitirlo, etc. Sin embargo, aunque conceptualmente las soluciones parecen fáciles, a efectos
prácticos uno de los mayores retos para los investigadores no es adoptar las medidas necesarias
para contrarrestar dichos problemas directamente, sino primero identificar fehacientemente las
causas que llevan a muchos de éstos.
Como bien indica [389], actualmente la impresión 3D se trata, en muchos aspectos, de un arte
oscuro, donde ocurren ciertos procesos y eventos durante la fabricación de las piezas en el
interior de las impresoras que aún no se conocen completamente, resultando en salidas
distintas para unas mismas entradas. El mayor esfuerzo investigativo actual está encaminado a
conocer profundamente los procesos y mecanismos que tienen lugar mientras se fabrican las
piezas para las distintas tecnologías de impresión que existen. Una vez identificadas, y con un
conocimiento mucho mayor de los procesos que ocurren, se podrán desarrollar sistemas
automatizados de monitorización que controlen los parámetros y variables relevantes del
proceso para así llegar a producir piezas cuya calidad sea, dentro de un cierto rango de
incertidumbre admisible, consistente, como ocurre con las tecnologías de fabricación
tradicionales.
Es decir, gran parte de este apartado consistirá en el análisis de algunos de los resultados de las
investigaciones (cuyos resultados son de dominio público) que se han llevado a cabo en años
recientes para tratar de identificar el papel de ciertos parámetros de interés en la calidad de las
piezas fabricadas, que llevarán parejo un conocimiento más profundo de los procesos que
ocurren durante la impresión y su influencia sobre el resultado. Esto es, el reto más importante
que se ha de superar antes que cualquier otro es el de asegurar la repetitividad y consistencia
en la calidad de las piezas fabricadas.
Sin embargo, antes de proceder con dicha tarea, se debe entender que dicho reto técnico lleva
parejo la mejora de los demás, de una manera con mayor o menor impacto – es decir, están
relacionados. Si se identifican los parámetros y variables que causan defectos en las piezas, que
a su vez llevan a que no exista una consistencia en calidad, se podrán controlar y escalar para
aumentar el tamaño de las máquinas y aumentar las velocidades operativas de las mismas.
Como se verá más adelante, la velocidad del proceso es el resultado de muchos factores que a
su vez dependen de otras variables cuyo impacto en la calidad no se entiende del todo aún, por
lo que no se puede aumentar la velocidad de los procesos de manera significativa hasta que se
198
conozcan. Aunque pueden existir algunas soluciones aparentemente independientes, como en
las que está trabajando “Lockheed Martin” junto con el “Oak Ridge National Laboratory” para
desarrollar un sistema de impresión 3D que pueda producir piezas de mayores tamaños
empleando varias cabezas depositantes de material simultáneamente en un ambiente abierto
[409], si no se conocen en profundidad los procesos y la influencia de ciertos parámetros clave
en los resultados, no se podrá avanzar de manera significa en la tecnología, superando todos los
retos ya expuestos.
A tal efecto, a continuación se presenta el resultado de varias investigaciones realizadas en el
entorno de la sinterización de termoplásticos y metales así como la fusión de metales en lecho
de polvo, las tecnologías de depositado mediante energía dirigida (“DED”) y “FDM”. La
información presentada pretende dar una visión general de las influencias establecidas de
parámetros técnicos en estos procesos, en particular la calidad del material y sus fallos. Con todo
ello se pretende dar una visión general de los resultados de las investigaciones que se vienen
llevando a cabo, llevando a la tecnología, paso a paso, hacia la solución de los problemas que se
han discutido aquí. Por supuesto, no se pretende dar una visión completa o profunda de estos
aspectos, sino las ideas generales y las ideas básicas para que sirva de punto de partida hacia
investigaciones más profundas mediante las referencias proporcionadas – la naturaleza general
de este trabajo no permite indagar de manera exhaustiva en ningún aspecto en particular.
4.3.2.2.1. Influencia de los parámetros en procesos de “DMLS” y “SLM”. Estudio
sobre “SLS” y materiales poliméricos resultantes.
En cuanto a sistemas de sinterización y fusión en lecho de polvo de metales, se ha llevado y se
está llevando a cabo una gran labor investigadora para determinar la influencia de diferentes
parámetros y variables en los resultados del proceso. El objetivo principal último es que las
piezas metálicas fabricadas mediante estas tecnologías posean propiedades como las de piezas
fabricadas de manera sustractiva. La Figura 4-46 muestra un esquema que se puede hallar en
[407], donde se estudian la influencia de una variedad de parámetros –tanto técnicos como
económicos– en las propiedades físico-mecánicas de la pieza resultante en procesos de
sinterización de metales en lecho de polvo (“DMLS”).
Figura 4-46: esquema de los aspectos técnicos y económicos que influyen en las propiedades físico-mecánicas de
piezas fabricadas mediante “DMLS”.
199
Aunque dicho esquema sólo atañe a las tecnologías “DMLS”, sus resultados son, en gran parte,
extrapolables a las tecnologías de fusión de metales en lecho de polvo, como se ha podido
comprobar al consultar resultados de otras investigaciones de esta tecnología.
Por ello, a continuación se presentan los parámetros que influyen en dichas propiedades
mecánicas y físicas de las piezas resultantes de los procesos de “SLM” y “DMLS”, obviando los
factores económicos que conciernen a la poca variedad y escasez de polvos metálicos.

Parámetros generales de la pieza:
o
o
o

Parámetros pertinentes de cada capa:
o
o
o

Tamaño de los granos en la microestructura
Composición química de ésta
Efectos de oxidación en el polvo durante su procesado
Distribución de los granos – su granulometría
Velocidad de creación de ésta
Espesor de ésta
Parámetros propios del proceso:
o
o
o
o
o
Velocidad de escaneado
Distancia entre puntos
Tiempo de exposición
Diámetro del punto enfocado del láser
Potencia del láser
Otro parámetro derivado importante y generalmente presente en todos los estudios es el
concepto de densidad de energía (“E”) que se definió en (1). Así mismo, la dirección de
escaneado y el camino recorrido por el láser para la construcción de la pieza también juegan un
papel, aunque menor en las tecnologías de lecho de polvo.
Los parámetros que se emplearán para determinar las propiedades del material de la pieza
resultante serán, entre otros:




Densidad
Porosidad
Resistencia (a compresión, a tracción, tangencial, a fractura, al creep, a fatiga, …)
Dureza
Cada estudio suele indagar en uno o varios de estos parámetros, llevando a cabo diferentes
ensayos en piezas fabricadas de diversos materiales mediante estas tecnologías por lo que los
resultados que se presenten se han de entender en este contexto. Cada material muestra sus
particularidades y existirán formas diferentes de comprobar la influencia de los procesos, por
ejemplo, al estudiar la presencia de diferentes fases e intermetálicos propios de una aleación en
particular. Sin embargo, según conocimientos básicos de ciencia de los materiales, la
200
granulometría y defectos internos como porosidad (y la consiguiente falta de densidad
completa) llevan a parámetros materiales como resistencias y durezas reducidas.
Como ya se estudió en capítulos anteriores, uno de los mayores inconvenientes del uso de la
sinterización frente a la fusión de metales radica en la presencia de la porosidad, mucho mayor
en el primer caso frente al segundo, por lo que las piezas han de ser post-procesadas empleando
diversos métodos para disminuirla. La Figura 4-47 muestra esto de manera detallada estudiando
los materiales a escala microscópica. En primer lugar, se muestra la tipología típica de un polvo
metálico empleado en procesos de lecho de polvo (de acero inoxidable en este caso particular)
y posteriormente muestra la estructura de la pieza resultante tras la sinterización por láser, de
mayor a menor potencia de láser yendo de izquierda a derecha. Se puede evidenciar que a
mayor potencia de láser, menos porosa será la pieza resultante.
Figura 4-47: efecto de la potencia del láser en la sinterización de metales en “DMLS”. Arriba: polvo metálico sin
procesar. Abajo: sinterización de dicho polvo a potencias de láser mayores, incrementando en orden alfabético.
Según los resultados obtenidos en [407] para la sinterización y [408] para la fusión, las siguientes
conclusiones se pueden presentar, que, aunque sean de dos estudios particulares, parecen
presentarse de forma consistente en los demás que se han consultado.
Para la sinterización, los parámetros que más influyen en las propiedades finales de la pieza son
la potencia del láser, la distancia entre puntos y el tiempo de exposición. A igualdad de tiempo
de exposición, si la potencia del láser es demasiado baja, la pieza resultante presenta una
estructura de sinterización incompleta, es decir, existirán zonas del material en forma de
cavidades donde el polvo metálico sigue presente en su estado original. Si la potencia láser es
demasiado alta para un mismo tiempo de exposición, el metal puede llegar a fundir localmente.
201
La velocidad de escaneado no muestra tener un gran impacto en cuanto a la calidad de la pieza,
al menos en las propiedades materiales estudiadas. El impacto en las propiedades se puede
visualizar en la Figura 4-48.
Figura 4-48: resultados sobre la influencia de distancia entre puntos y potencia del láser en los parámetros de la
pieza final resistencia a compresión (izq.), densidad (centro) y dureza (der.).
Es decir, en cuanto a resistencia a compresión, se obtienen mayores valores a potencias de láser
mayores y a distancia entre puntos menores, ya que la estructura del material presentará más
homogeneidad y menor porosidad. Esto se corrobora en cuanto a la densidad y la dureza de la
pieza, que presentan sus máximos a mayores potencias de láser (dentro del rango de la
sinterización) y a distancia de puntos menores.
En cuanto a procesos de fusión de metales en lecho de polvo, aunque el problema de la
porosidad es menos prevalente que en el de la sinterización, sigue presente, pues al estar el
material en forma de polvo cualquier desviación que resulte en fusiones locales parciales o
incompletas podría desembocar en cavidades y las consiguientes pérdidas en propiedades
mecánicas. La Figura 4-49 muestra los efectos de la potencia del láser y velocidad de escaneado
en la densidad empleando por una parte una densidad de energía ascendente y posteriormente,
constante. En el primer caso la potencia de láser es constante de 195 W (alta para esta máquina),
mientras que en el segundo varía para mantener una densidad energética constante.
Figura 4-49: Influencia de la velocidad de escaneado a potencia de láser constante (195 W) y densidad de energía
ascendente (izq.) y de la potencia del láser y velocidad de escaneado a densidad energética constante (der.) en la
densidad de un acero obtenido mediante “SLM”.
Se puede observar que a potencia alta constante, para procesos de “SLM”, velocidades altas de
escaneado se traducen en piezas menos densas, mientras que a densidad energética constante,
la densidad se ve más afectada (es decir, disminuye) a bajas potencias de láser junto con
menores velocidades de escaneado. La Figura 4-50 muestra la relación de los mismos
parámetros con la porosidad, de nuevo a densidad energética ascendente y constante.
202
Figura 4-50: influencia de la potencia del láser y velocidad de escaneado en la porosidad de una pieza fabricada
mediante “SLM” con densidad energética variable y constante.
De manera similar a la densidad, se observa que las porosidades mayores ocurren a potencias
altas con velocidades de escaneado también elevadas y a potencias de láser bajas. Existe un
rango ideal de potencia y velocidad de escaneado que produce piezas libres de porosidades,
aunque dicha combinación dependerá de cada máquina y de cada material con el que se esté
trabajando.
A vista de estos resultados, se pueden observar dos tipos de situaciones en las que se producen
piezas con porosidad e imperfecciones similares en los procesos de fusión en lecho de polvo. Si
sólo se tiene en cuenta el parámetro de potencia del láser, ajustado a la energía óptima para
cada material, a potencias altas se puede fundir las partículas del polvo metálico más
eficientemente que a potencias bajas, por lo que las piezas suelen ser más homogéneas. Sin
embargo, si se combina una potencia alta con una alta velocidad de escaneado, se producen los
defectos señalados en la Figura 4-51.
Figura 4-51: porosidad “tipo bola” presente en metales procesados en “SLM” a altas potencias de láser y a altas
velocidades de escaneado. Detalle de una grieta producida por tensiones térmicas residuales.
Según [408], se producen las porosidades “tipo bola” o “fenómenos bola” (“balling
phenomenon”), debidas, posiblemente, a que aunque a altas potencias se funde
completamente el polvo metálico, las altas velocidades de escaneado generan un caldo
inestable que es sometido a tensiones tangenciales elevadas en la fase líquida, generando una
alta tensión superficial que desemboca en la formación de este tipo de fenómeno. Así mismo,
203
las salpicaduras resultantes de este proceso también contribuyen a la creación de porosidad
adicional. Las temperaturas elevadas y las velocidades altas de enfriamiento debido a la alta
velocidad de escaneado contribuyen a la generación de altas tensiones térmicas residuales, que
conllevan a la formación y propagación de grietas, como la señalada en la Figura 4-51 anterior.
En el otro extremo, las porosidades producidas por una potencia de láser insuficiente suelen
presentar el aspecto de la Figura 4-52.
Figura 4-52: porosidades típicas de bajas potencias del láser para un material dado. Suelen estar presentes
partículas del polvo no procesado, como se muestra en la ampliación (der.).
Debido a la baja potencia, aunque se esté trabajando a una densidad de energía óptima, la
formación de fase líquida es insuficiente, resultando en islas de material no fundido que
posteriormente forman las cavernas típicas mostradas en la Figura 4-52. Al coexistir ambas fases
simultáneamente, la viscosidad aumenta y disminuye la fluidez del líquido, dificultándose la
homogeneización del material resultante. Así mismo, a potencias del láser bajas, éste puede no
penetrar la capa de polvo por completo, por lo que no se crean las condiciones necesarias en el
sustrato (capa anterior ya solidificada) para que se pueda unir eficazmente la nueva. Una unión
ineficaz con la capa anterior puede crear un posible modo de fallo para tensiones tangenciales
o de tracción de la pieza resultante. Es decir, a mayores espesores de capa, también son
necesarias potencias del láser mayores para penetrarlas y llegar al sustrato.
En cuanto a estructuras típicas de granulometría generales, se suelen observar las estructuras
“tipo cuenco” formadas por la creación y solidificación de los caldos creados por la actuación del
láser, como se pueden observar en la Figura 4-53.
Figura 4-53: estructuras “tipo cuenco” típicas del “SLM” resultantes en los planos X-Z e Y-Z.
204
Los resultados de la variación de los parámetros discutidos anteriormente influyen de manera
diferente en la aparición de diferentes fases según la aleación que se esté procesando. Por
ejemplo, en el caso de un acero inoxidable, se observa una dependencia inversa del tamaño de
las fases austeníticas con el incremento de la velocidad de escaneado, aunque las fracciones
volumétricas de martensita no parecen variar con estos parámetros. Se recomienda consultar
investigaciones pertinentes para conocer la influencia de estos parámetros en propiedades
específicas de cada aleación.
En esencia, para procesar efectivamente distintas aleaciones, se debe buscar una combinación
de potencia del láser y velocidad de escaneado óptima para minimizar la aparición de
porosidades en las piezas resultantes. Para los especímenes estudiados en los diversos estudios
consultados, los que presentaban porosidades y defectos comparables a las piezas obtenidas
mediante procesos convencionales presentaban propiedades análogas a éstas, justificando su
uso en las mismas aplicaciones.
Para poder aumentar la velocidad de construcción de las máquinas se debe alcanzar una
potencia de láser mayor junto con una velocidad de escaneado no demasiado elevada. Esto
puede poner una cota superior a las velocidades alcanzables por las máquinas, ya que las
potencias empleadas dependerán del material con el que se esté trabajando. A su vez, se puede
sacrificar precisión para obtener máquinas y láseres con mayores diámetros del punto enfocado,
aunque la bajada de resolución puede implicar esfuerzos adicionales en el post-procesado que
obrarían en contra del reto técnico de la calidad y precisión. Por tanto, la labor investigadora
continúa para encontrar el camino para mejorar velocidades, tamaños de las piezas a la vez que
se buscan nuevos materiales y aplicaciones multi-material.
En cuanto a la sinterización de polvos termoplásticos en lecho de polvo, se requiere una potencia
máxima mucho menor que en caso de la mayoría de las aleaciones metálicas. Según los
resultados obtenidos en [410], diferentes velocidades de escaneado y potencias de láser no
influyen de manera significativa en las propiedades mecánicas de la pieza resultante, es decir,
muestran menos sensibilidad a los cambios de estos parámetros. De hecho, concluyen que
incrementando hasta cierto límite la potencia se obtienen muestras con mejores propiedades;
es importante resaltar que las potencias de los láseres típicas de estos sistemas están en el orden
de los 30 W mientras que las que procesan metales rondan los 200 W por norma general. El
espesor de las capas, sin embargo, contribuye a las propiedades mecánicas de la pieza final,
disminuyendo éstas al aumentar.
4.3.2.2.2. Estudio sobre las propiedades de piezas fabricadas mediante “DED”.
Para las tecnologías de depositado mediante energía dirigida, se estudiarán los resultados de
investigaciones llevadas a cabo empleando sistemas que emplean polvos metálicos como fuente
de material. Además de los parámetros presentados en el apartado anterior, se ha de considerar
el parámetro adicional del caudal de material que se está suministrando mediante el cabezal
para ser fundido por el láser y su influencia en la pieza final. A su vez, la dirección de escaneado,
es decir, la que sigue el láser a la hora de la construcción, influye de manera más importante que
en el caso de las tecnologías de lecho de polvo, por lo que se tendrá que tener más en cuenta.
205
A vista de los resultados presentados en [411], [412] y [413] para aleaciones de titanio y [414]
para la aleación de níquel “Inconel 625”, se pueden exponer las siguientes averiguaciones.
En cuanto a la relación de la dirección de escaneado con las propiedades de la pieza final, se ha
descubierto que si ésta varía de capa a capa, la dirección de crecimiento de granos (que aparecen
como estructuras dendríticas en el caso de las aleaciones de níquel) cambia de orientación en
cada una de ellas, con el consiguiente efecto en las propiedades mecánicas. Sin embargo, si se
emplea la misma dirección de escaneado entre capas creadas, la dirección de crecimiento de los
granos suele permanecer constante en toda la pieza. Esto se puede observar en la Figura 4-54.
Figura 4-54: cambio en la dirección del crecimiento de los granos según la dirección de escaneado del láser en una
aleación de níquel “Inconel 625” en un proceso “DED”.
En cuanto a la direcciones de crecimiento en sí, en un principio se especulaba, según [414], que
los granos crecerían a 90˚ del sustrato (capa anterior ya solidificada), ya que éste actuaría como
sumidero térmico, formando la estructura presente en la Figura 4-55. Sin embargo, cuando se
llevó a cabo la fabricación con una dirección de escaneado variable como la correspondiente a
la Figura 4-54 (a), el crecimiento venía dado por ángulos de 45˚ con respecto al sustrato para
cada capa sucesiva, existiendo una diferencia de 90˚ entre las orientaciones de cada capa.
Cuando la fabricación se llevó a cabo empleando una dirección de escaneado constante, como
la correspondiente a la Figura 4-54 (b), la dirección de crecimiento con respecto al sustrato
permaneció constante entre capas a un valor de aproximadamente 60˚.
Figura 4-55: estructura de columna dendrítica presente en la aleación de níquel “Inconel 625” procesada mediante
“DED”. Su orientación respecto al sustrato varía según la dirección de escaneado del láser.
206
Esto se explica al considerar que no solo el sustrato actúa como sumidero térmico, sino también
la porción del caldo depositado y solidificado adyacente a donde se encuentra actualmente el
láser, es decir, la sección anterior de la misma capa adyacente. Sin embargo, al estar la porción
adyacente a una temperatura superior al sustrato, el efecto de sumidero térmico es menor que
éste, por lo que el ángulo de crecimiento se encuentra entre los 45 y 90˚.
En cuanto a estudio de porosidades en las aleaciones de titanio fabricadas mediante esta
tecnología, se encuentran los mismos resultados que en el caso de las tecnologías de fusión en
lecho de polvo, es decir, a potencias bajas y altas con altas velocidades de escaneado. Sin
embargó, se encontró que incluso a velocidades de escaneado adecuadas a potencias altas aún
ocurrían porosidades debido a la absorción de gases en el caldo fundido durante el procesado,
resultando en poros esféricos de mayor tamaño que los resultantes de porciones de polvo no
fundido; la Figura 4-56 muestra este tipo de porosidades en una aleación de titanio.
Figura 4-56: comparación entre porosidades en una aleación de titanio 6-4 empleando “DED”. Izq.: a bajas potencias
de láser (400 W) debido a partículas no fundidas; der.: a alta potencia (800 W) debido a burbujas de gas atrapados
en el caldo fundido.
Es por ello que la composición y caudal de la atmósfera protectora juega un papel importante
en la aparición de dicho tipo de defectos.
En cuanto a la influencia del caudal de material sobre las propiedades resultantes de la pieza,
[413] concluye que un aumento del flujo material resulta en una disminución de la eficiencia de
uso de material, por lo que existe una cota superior que ha de ser estudiada para cada material
y máquina. En el caso estudiado para un titanio 6-4 ésta estaba en torno a los 2,82 g/min a una
potencia de láser de 1,8 y 3 kW. Aunque el flujo de material sea continuo, el empleo del láser
permanece discreto.
Para dar una idea comparativa de las potencias de láser para estas dos aleaciones, la potencia
óptima para procesar aleaciones de níquel se encuentra en torno a los 900 W mientras que para
titanios se encuentra en torno a los 800 W. Esto no quiere decir que no puedan ser procesados
a potencias menores, simplemente es un valor medio para obtener velocidades óptimas en las
máquinas actuales. Cualquier potencia menor implicará un mayor tiempo de exposición y, por
ende, menores velocidades de escaneado – el proceso tardará más en completarse. Sin embargo,
se pueden emplear potencias mayores (incluso de 3 kW en algunos estudios), por lo que el rango
aún no se ha determinado de forma óptima de forma general, dependiendo de cada máquina y
tecnología en particular.
207
4.3.2.2.3. Estudio sobre las propiedades de las piezas fabricadas mediante “FDM”.
Por último, en cuanto a las piezas termoplásticas fabricadas mediante la tecnología de modelado
mediante depositado de fundidos (“FDM”), los resultados de los estudios [415], [416] y [417]
dan una idea bastante completa sobre la influencia de los parámetros y variables de la máquina
sobre las propiedades mecánicas de la pieza final. La mayoría de estos ensayos se llevaron a
cabo empleando el termoplástico ABS, aunque existen algunos que han empleado una variedad
de materiales termoplásticos más diversa.
En cuanto a este proceso, los parámetros y variables que más influyen en las propiedades finales
de la pieza son bastante diferentes a los estudiados en los apartados anteriores, pues se trata
de una tecnología conceptualmente diferente – en ésta no se emplea la energía láser ni material
en forma de polvo. Por el contrario, se emplean filamentos de material termoplástico que se
llevan por encima de su temperatura de transición vítrea para después ser depositados por el
cabezal dentro de un entorno de temperatura controlada y de manera generalmente continua
en vez de discreta. Debido a su naturaleza y temperatura, al depositarse el material sobre el
sustrato de la capa anterior y de forma adyacente al material depositado previamente en la
misma capa, se acaban adhiriendo. Por la naturaleza en la que se construyen las piezas mediante
este proceso de extrusión, existen lo que se denominan como huecos de aire (“air gaps”),
conformados por los huecos que aparecen entre los filamentos depositados; esto se puede
observar en la Figura 4-57.
Figura 4-57: visualización de los “huecos de aire” típicos de piezas fabricados mediante “FDM”.
Además de esto, uno de los parámetros más importantes en cuanto a las propiedades de la pieza
resultante se trata de la dirección en la que se deposita el material extruido o lo que se denomina
como “raster”. Por lo tanto, el “FDM” se trata de un proceso de fabricación fuertemente
dependiente de la dirección de depositado, produciendo materiales fuertemente anisótropos.
Por lo tanto, según los resultados de las investigaciones citadas anteriormente, se encuentra
que la naturaleza de la anisotropía de la pieza resultante depende en gran medida de la dirección
de depositado y de la orientación de las cadenas poliméricas, que a su vez afecta a su
comportamiento mecánico. Así mismo, la presencia de los huecos de aire, su distribución y
tamaño contribuyen en gran medida al comportamiento de la pieza.
208
En pruebas realizadas para probetas fabricadas con orientaciones de 0˚, 45˚, 90˚ y ± 45˚ (véase
la Figura 4-58), se hallaron resultados ya esperados: la mayor resistencia a tracción (en dirección
longitudinal, es decir, a lo largo de la referencia de medición de ángulos) pertenecía al
espécimen con orientación de 0˚ seguidos en orden descendente por ± 45˚, 45˚ y finalmente 90˚.
Sin embargo, se descubrió al llevar a cabo las fracturas que éstas suelen ocurrir por la capa más
débil, como muestra la Figura 4-59, por lo que presenta un grado adicional de consideración.
Figura 4-58: orientaciones de la dirección de depositado en “FDM” empleado en las probetas de prueba de una
investigación. (a) a 0˚, (b) a 45˚, (c) a 90˚ y (d) a ± 45˚.
Figura 4-59: rotura de una pieza fabricada por “FDM” por la capa más débil.
Por lo general, los resultados de las pruebas de tracción, compresión y flexión presentaron
resultados esperados según la orientación del material depositado, como se muestra en la Figura
4-60 para el caso de la tracción.
Figura 4-60: roturas por tracción de piezas fabricadas mediante “FDM” con diferentes orientaciones de depositado.
209
Para el caso de compresión, para la pieza con orientación de 45˚ ocurrió una importante
deformación según dicha orientación justo antes del fallo, mostrado en la Figura 4-61 – que
también era de esperar.
Figura 4-61: deformación importante de una pieza fabricada mediante “FDM” a compresión cuya orientación de
depositado es de 45˚
Como anotación final adicional antes de acabar este apartado, cabe destacar que para todos los
procesos estudiados, las propiedades de la pieza final no son las que vienen determinadas por
el material original que se procesa, concepto que puede llevar al error especialmente en el caso
del “FDM”. La combinación de parámetros y el modo de funcionamiento de la máquina
(dirección de escaneado o dirección de depositado) juegan un papel fundamental en el
comportamiento mecánico de la pieza final – de hecho, como se señala en [415], las piezas
resultantes de todos los procesos de fabricación aditiva se pueden conceptualizar como “una
estructura compuesta laminar consistente en capas apiladas verticalmente”.
4.3.2.3. Estudio desde el punto de vista técnico de la conformidad de
las tecnologías de AM “de interés”.
Antes de acabar esta sección se pretende hacer un análisis sobre las tecnologías que se
determinaron “de interés” para este Proyecto, en concreto, las particularidades técnicas de cada
una y cómo condiciona esto sus posibles aplicaciones dentro del sector aeroespacial mediante
la información recogida.
A lo largo de este capítulo y la labor llevada a cabo a lo largo de los dos primeros se ha validado
la elección de las tecnologías de fabricación aditiva que se estimaron “de interés” para
aplicaciones en la fabricación final en el sector aeroespacial. A modo recordatorio y aclaratorio
se reiteran dichas tecnologías a continuación:

Para piezas termoplásticas:
o
o
Máquinas de altas prestaciones de modelado mediante depositado de fundidos
(“FDM”, tecnología de extrusión)
Máquinas de altas prestaciones de sinterización en lecho de polvo de resinas
poliméricas (“SLS”)
210

Para piezas metálicas14:
o
o
o
o
Máquinas de sinterización de metales en lecho de polvo (“DMLS”)
Máquinas de fusión de metales en lecho de polvo (“SLM”, “EBM”)
Máquinas de depositado mediante energía dirigida (“DED”: “LPF”, “EBDM”, …)
Máquinas de consolidación ultrasónica (“UC”, procesos de laminación de
chapas)
Aunque para algunas tecnologías, en particular para la “UC” en sus aplicaciones en la fabricación
aditiva, no existen resultados públicos de las investigaciones llevadas a cabo sobre sus procesos
actualmente, las demás se han podido estudiar aunque haya sido de forma general para
establecer los parámetros y procesos más importantes que contribuyen a las propiedades de la
pieza final. Con esto, se puede recoger en la Tabla 4-5 cómo se comparan con las piezas
fabricadas de manera convencional. Es importante resaltar que todos los resultados
presentados se aplican a piezas fabricadas mediante la impresión 3D pero a las que no se le ha
aplicado ningún post-procesado. Es decir, las propiedades de las piezas finales suelen ser mucho
mayores – razón por la cual muchas de las fabricadas mediante estos métodos se están
empleando actualmente como productos finales certificados y aprobados para su uso real en
aeronaves y astronaves.
Grupo
tecnológico
Materiales
procesados
“FDM”
Termoplásticos
“SLS”
“DMLS”
“SLM”
Metales
“DED”
Comparación de las propiedades con piezas obtenidas mediante
métodos convencionales (antes de llevar a cabo tareas de postprocesado)
Propiedades similares a materiales compuestos de matriz polimérica y fibras
cerámicas como la fibra de carbono en cuanto a comportamiento anisótropo. La
orientación y dirección de depositado es análogo al de la orientación de las fibras
en estos materiales. Propiedades mecánicas fuertemente dependientes de la
presencia de defectos en y entre las capas.
Considerando los posibles problemas de porosidad, asimilable a piezas
fabricadas mediante inyección en molde.
Propiedades análogas a piezas fabricadas mediante procesos de fundición con
porosidades importantes. Si no se ajustan y controlan los parámetros del
proceso adecuadamente asegurando su optimización, se hacen necesarios
fuertes post-procesados (como la infiltración mediante otros metales líquidos)
para obtener piezas densas aceptables.
Se obtienen piezas con menores porosidades que en caso de “DMLS” aunque
siguen presentes, sin embargo se pueden minimizar o eliminar ajustando los
parámetros de forma óptima, por lo que se obtendrían piezas con propiedades
similares a las obtenidas mediante procesos de fundición de alta calidad.
A una misma dificultad técnica, las piezas fabricadas mediante “DED” suelen ser
más densas y menos porosas que las fabricadas por procesos de lecho de polvo.
Controlando la direccionalidad del depositado y los parámetros del láser se
pueden obtener piezas que se asemejan en calidad a piezas forjadas o laminadas
debido a la direccionalidad y crecimiento de los granos en forma dendrítica
según ciertas direcciones preferentes dependientes de ciertos factores,
otorgándole una cierta anisotropía.
Tabla 4-5: comparación de las tecnologías de AM “de interés” cuyos resultados de investigaciones se han podido
estudiar en comparación con las fabricadas mediante métodos convencionales. La calidad de las piezas de AM se
considera sin aplicarle ningún post-procesado.
14
Algunas de estas tecnologías también permiten procesar polvos cerámicos y “cermets”.
211
4.4. Discusión. Relevancia del empleo de las
tecnologías de AM en el sector aeroespacial.
Como apartado final de este capítulo, se pretende realizar una discusión sobre todo lo que se
lleva estudiado hasta este punto, en cuanto a la aplicación de las tecnologías de fabricación
aditiva al sector aeroespacial, zanjando de manera definitiva con todos los datos reunidos si las
tecnologías que se seleccionaron en el primer capítulo serían buenos candidatos para su uso y
si se podrían emplear en condiciones que proporcionarían beneficios y rentabilidad a las
empresas del sector, así como desde el punto de vista técnico.
Obviamente, todos los apartados anteriores de este capítulo se han enfocado de tal manera que
se pueda determinar la validez de la hipótesis del empleo exitoso de tecnologías de impresión
3D en el sector aeroespacial realizando análisis técnicos, económicos y estudiando antecedentes.
En el apartado anterior se determinó de una manera más amplia que la mayoría de las
tecnologías que ya desde el primer capítulo se estimaron como buenas candidatas a su empleo
lo son, y el análisis económico muestra cómo ha crecido y seguirá creciendo la presencia de la
fabricación aditiva en el sector.
Aunque se han puesto de relieve los problemas actuales, tanto económicos y especialmente
técnicos que estas tecnologías presentan, se ha hecho para mostrar que hay un gran campo de
estudio y desarrollo dedicado a superar dichos retos y que esta tecnología seguirá avanzando a
pasos vertiginosos en los años venideros, como ya lo lleva haciendo. Aunque a día de hoy no sea
posible la implementación completa de estas tecnologías de impresión 3D para sustituir a los
métodos tradicionales, el desarrollo del campo indica que a medio y largo plazo –dentro de una
o dos décadas según las previsiones– el empleo de estas tecnologías se irá integrando en la
estructura productiva del sector aeroespacial, haciendo a las empresas dedicadas al sector
evolucionar de una manera u otra. Aquellas que ya han empezado a liderar dicho cambio
forzarán a otras que han optado por no implementarlas aún a hacerlo si quieren mantener su
competitividad, sobre todo al demostrar que el empleo de estas tecnologías ha conllevado
éxitos y beneficios.
Como todo cambio, existe una gran mayoría reacia a descartar sus métodos ya probados y
experiencia acumulada cuando se trata de procesos que conocen y llevan empleando décadas,
pero siempre existe un pequeño número cuya curiosidad y ambición los impulsa a experimentar
con las nuevas tecnologías, asumiendo riesgos, y –que en la mayoría de los casos actuales– está
reportando éxitos y beneficios.
El sector aeroespacial por definición presenta unos requisitos muy exigentes para la entrada de
cualquier tecnología o método nuevo en su entorno, pero se ha podido comprobar cómo, a
pesar de esto, muchas empresas ya han implementado la impresión 3D para la fabricación de
piezas finales, a veces componentes claves en el diseño de sus productos. Es por esta razón que,
junto con toda la información que se ha reunido a lo largo de este Proyecto, se puede afirmar
sin duda alguna a equivocarse que las tecnologías de fabricación o impresión 3D son relevantes
para el sector aeroespacial en particular en cuanto a aplicaciones de fabricación final. En su
212
estado actual, son capaces de producir piezas complejas y posibles de certificar para su uso en
aeronaves, aerorreactores, satélites y otros vehículos espaciales tras llevar a cabo fuertes tareas
de post-procesado. Se espera que en el futuro próximo se desarrollen nuevas máquinas que
permitan obtener piezas de una calidad y repetitividad que permitan un uso menor de tareas de
post-procesado o que eliminen su necesidad.
En esencia, la presencia de las tecnologías de fabricación aditiva no sólo en el sector aeroespacial,
sino en los demás sectores industriales así como en la sociedad en general, es un hecho
consumado. En sus tres décadas de existencia comercial, esta tecnología ha pasado de
aplicaciones limitadas en tareas de diseño –suponiendo un bajísimo segmento de mercado
total– a una situación en la que las mayores empresas líderes de cada sector industrial
productivo están no sólo estudiando y seriamente considerando el empleo de estas tecnologías
para fabricación final, sino que ya han comenzado a destinarlas a tal fin. Esto, a su vez, llevará a
un desarrollo más rápido de las tecnologías de fabricación aditiva en los años venideros al
dedicar estas empresas cada vez más recursos al I+D para desarrollar nuevas máquinas ajustadas
a sus necesidades.
Sin embargo, a largo plazo no se espera que las tecnologías de fabricación aditiva desplacen a
un segundo plano o hagan desaparecer el uso de las tecnologías convencionales para la
fabricación. Aunque habrá una mayor adopción de la impresión 3D para tareas de fabricación
final, especialmente más relevante en algunas industrias como la aeroespacial por sus
particularidades, coexistirán con los procesos convencionales, especialmente al seguir
evolucionando éstos y ofreciendo soluciones menos costosas y eficaces. Esto es, la impresión
3D cubrirá la fabricación de piezas cuyas particularidades hagan de estos procesos más
ventajosos que los tradicionales y, a su vez, los convencionales se seguirán empleando para la
fabricación de piezas cuya fabricación mediante la impresión 3D resulte ineficiente en cualquier
aspecto.
Es por ello que en el sector aeroespacial futuro se espera que, en cuanto a los procesos de
fabricación, las tecnologías de impresión 3D se abran hueco hasta alcanzar “su lugar” – es decir,
ocupar el porcentaje adecuado de tareas de fabricación en las que su empleo es ineficaz
mediante las tecnologías convencionales, reduciendo el empleo de éstas pero sólo hasta cierto
punto. En otras palabras, cada tecnología de fabricación se ocupará de la producción de aquellas
piezas en las que son más eficientes su empleo – hasta ahora las tecnologías convencionales se
han tenido que ocupar de la fabricación de éstas simplemente porque no había otra alternativa.
La impresión 3D ofrece esta alternativa, por lo que asumirá su papel para estos casos, librando
de dichas responsabilidades a las tecnologías tradicionales.
Puede que puesta la vista en un horizonte mucho más lejano que el considerado aquí (por
ejemplo, para finales de siglo), puede haber habido un desarrollo de impresoras 3D o máquinas
de fabricación híbridas que combinen y automaticen la fabricación de componentes de manera
aditiva y sustractiva a la vez. Se estima que el proceso ilustrado aquí para la fabricación aditiva
será la nueva norma para la nueva generación de diseñadores y fabricantes – es decir, pasar de
piezas diseñadas en CAD a producto fabricado final sin necesidad de consideraciones de cómo
se lleva a cabo el proceso de fabricación.
213
214
5. Impacto de las tecnologías de AM
en la industria y en la sociedad actual y
futura. Investigación y desarrollos
futuros relevantes para el sector
aeroespacial.
5.1. Introducción.
Este último capítulo de este Proyecto pretende dar una visión más global de la actual
penetración de las tecnologías de fabricación aditiva en general en la industria y en la sociedad,
en vez de sólo centrar el enfoque en el sector aeroespacial como se hizo en el capítulo anterior.
No se pretende realizar un análisis profundo sobre este aspecto, sino ofrecer generalidades que
puedan servir como punto de partida de un análisis más profundo para aquellos interesados en
ello. Así mismo, se pretende presentar casos curiosos e innovaciones recientes que sirven para
justificar el impacto que esta tecnología de fabricación pueda tener en el sector de la fabricación
industrial, con alguna mención para con el sector aeroespacial sin que éste acapare toda la
atención.
En esencia, en gran medida se pretende responder a las siguientes preguntas dentro de este
capítulo: ¿realmente las tecnologías de fabricación aditiva revolucionarán y cambiarán por
completo el panorama de fabricación actual en el futuro próximo? Si es así, ¿cómo afectará esto
a la sociedad en general? ¿Qué cambios concretos verán los ciudadanos en su día a día? ¿Qué
problemas hasta ahora no existentes podrían surgir?
Con este capítulo se terminarán de perseguir los objetivos secundarios y principales de este
Proyecto.
5.2. Impacto sobre las tecnologías de AM en la
industria actual y futura.
Ya se ha evidenciado a lo largo de este Proyecto el actual grado de penetración en el mercado
industrial que han tenido las tecnologías de fabricación aditiva hasta la actualidad, no sólo en el
215
sector aeroespacial. Aunque no existen datos globales económicos sobre todas las tecnologías
de fabricación convencionales y su reparto por sectores industriales, por los datos que se
mostraron del valor del mercado de la impresión 3D actual se puede afirmar que su presencia
industrial es, al menos, notable. Como se pudo comprobar en la Figura 4-35 del capítulo anterior,
los sectores automovilístico, médico y aeroespacial juntos representaron el 43% del total a los
que se destina el uso de la impresión 3D industrial, y esto se debe al emparejamiento
complementario de las necesidades de estas industrias con las ventajas que presentan dichas
tecnologías, es decir, justo como se estudió para el caso aeroespacial, las particularidades de
estos sectores en cuanto a la fabricación de sus productos hacen que el empleo de la impresión
3D les resulte más ventajoso que las convencionales.
Por lo tanto, la adopción de la impresión 3D en los diversos sectores industriales actuales
responde a las mismas necesidades que han impulsado al sector aeroespacial, es decir, para la
fabricación de aquellos componentes y piezas que resultan ineficientes fabricar mediante las
tecnologías convencionales debido a sus limitaciones. Tras el análisis realizado en cuanto al
sector industrial, se propone un escenario de futuro a medio y largo plazo (2030 y 2050
respectivamente) que, según se ha razonado, podría ser el más probable y que no es más que
una extensión de las previsiones realizadas en el capítulo anterior pero aplicadas al resto de la
industria.
Es importante resaltar, sin embargo, que existen una gran variedad de escenarios y posibles
estimaciones con respecto a este tema, desde las más radicales que predican el fin de la cadena
de suministros mundial de bienes para dar paso a la producción local, a otros que desestiman la
tecnología por completo y la nombran como algo transitorio que desaparecerá a largo plazo,
llevando a las empresas que han surgido mediante la impresión 3D a enfrentarse a una situación
parecida al estallido de la burbuja “punto com” de principios de siglo. A continuación se expone
de una manera más general el posible escenario futuro que se considera más fehaciente según
el análisis realizado.

Posible previsión para el sector de la fabricación industrial a largo y medio plazo: las
tecnologías de AM encuentran su hueco.
El sector de la producción o fabricación industrial, entendiendo como tal al conjunto de todas
aquellas empresas de cualquier sector cuyo cometido es la producción de un bien destinado a
cualquier fin, necesitan hacer uso de las tecnologías de fabricación que tienen a su alcance para
llevar a cabo su cometido. Siempre que ha surgido una nueva tecnología productiva asociada a
un material, desde los distintos procesos de fundición hasta los centros de mecanizado de
control numérico, el conjunto de dichas industrias se han aprovechado de ellas y, tras un periodo
de tiempo de adaptación y consolidación de dichas tecnologías, las han adoptado, ya que su uso
les reportaba algún beneficio en cuanto a la fabricación del que antes carecían. Esto puede ir
desde ahorros en tiempos y costes de fabricación a la posibilidad de innovar en sus productos
empleando nuevos materiales o empleando geometrías más eficientes que antes eran
imposibles de producir con los métodos de los que disponían.
216
El conjunto de las tecnologías de fabricación aditiva se ha de considerar desde este punto de
vista: una nueva tecnología de fabricación que ofrece una serie de ventajas para ciertas
aplicaciones. Su consideración como tecnología consolidada a la misma altura que procesos
como la fundición o el laminado aún está lejos, pero simplemente debido al factor tiempo. La
fabricación aditiva no llega a las cuatro décadas de existencia comercial mientras que algunas
de estas tecnologías superan el milenio – a través del cual la experiencia y técnica acumulada de
generaciones ha permitido conocer dichos procesos profundamente, de tal manera que a día de
hoy se conocen los comportamientos de los diferentes materiales durante el proceso de
fabricación y cuáles serán las propiedades resultantes de las piezas finales según éstos. A pesar
de ello, la impresión 3D ha pasado por su infancia tecnológica y es lo suficientemente útil
actualmente y prometedora que su adopción industrial es irrevocable, por lo que un futuro sin
esta tecnología dentro del sector de la fabricación se ve como muy poco probable.
Es decir, dentro de este escenario no se trata de discutir si la fabricación aditiva estará presente
en un futuro en la industria, esto se da por hecho vista su implementación actual y su trayectoria
prevista.
Sin embargo, el conjunto industrial productivo está dividido en una multitud de sectores
dedicados a la fabricación de productos similares o destinados a un fin similar, compartiendo
muchos de los requisitos técnicos. Esto da lugar a la actual sectorización del panorama industrial
productivo, tal como el sector aeroespacial, naval, automovilístico, médico, electrónico,
electrodoméstico, etc. Esto también da lugar a que cada sector, por sus particularidades y
requisitos diferentes, tengan una necesidad mayor o menor de cada tecnología de fabricación
existente – es decir, empresas dedicadas a la fabricación de lotes de cientos de miles de piezas
simples metálicas no considerarán el uso de técnicas de mecanizado si pueden obtener su pieza
final mediante embutición.
Con estos conceptos en mente, esto es, que cada sector industrial escoge y hace uso de las
diferentes tecnologías de fabricación disponibles según sus necesidades, empleando cada una
en aplicaciones que sean las más adecuadas para su cometido, se debe considerar la adopción
que podrían tener las tecnologías de fabricación aditiva a medio y largo plazo a la vez que éstas
maduran y alcanzan una solidez técnica que las equipare con otros métodos de fabricación
convencionales. En dicho escenario se presentarían los posibles cuatro casos siguientes; cabe
recordar que en éstos se tiene en cuenta el uso de las tecnologías para la fabricación final, no
para otras tareas como el diseño.
o
Implementación cuasi-completa – sustitución de la mayoría de las tecnologías
tradicionales por la fabricación aditiva.
Es posible que algunos sectores especializados, como el de los implantes médicos o dentales,
acaben completamente dominados por la impresión 3D a largo plazo, ya que el empleo de las
tecnologías convencionales para la fabricación de piezas únicas y de materiales especializados
no resultaría nada ventajoso frente a la impresión 3D. Es decir, las ventajas de la aplicación de
estas tecnologías en este sector se ajustan perfectamente a sus necesidades – hasta ahora han
debido usar las tecnologías convencionales ya que no existía otra alternativa. Prueba de esto es
el gran segmento de mercado que el sector médico supone actualmente en cuanto a las
tecnologías de fabricación aditiva, superando al aeroespacial, y la gran cantidad de impresoras
217
comerciales existentes diseñadas específicamente para estos sectores. Sin embargo, no será
posible desplazar la necesidad de emplear otras tecnologías de fabricación tradicionales, ya que
se seguirán requiriendo pequeñas cantidades de piezas y elementos que son mucho más
rentables producir de manera convencional, tales como elementos de unión.
o
Implementación parcial significativa – las tecnologías de fabricación aditiva
ocupan un lugar equiparable y coexisten con las técnicas tradicionales.
Es el caso para sectores como el aeroespacial. Al existir piezas y componentes con diferentes
requisitos técnicos, se podrán emplear las tecnologías de fabricación aditiva para aquellas que
supongan un panorama ventajoso frente a las tradicionales, como la fabricación de piezas
altamente complejas geométricamente o que demanden una gran personalización y la
producción de series cortas. Para el resto de las piezas y componentes se seguirán empleando
los métodos tradicionales de fabricación, cuyo empleo es más ventajoso frente a la impresión
3D. El hecho de que este tipo de sector emplee en abundancia relativa ambos tipos de piezas
hará que las tecnologías de fabricación aditiva entren a formar parte de las tecnologías
productivas empleadas, coexistiendo y al mismo nivel que todas las demás convencionales. En
este entorno la impresión 3D también podría resultar ventajosa para la fabricación de repuestos
localizados, por lo que habrá un gran empleo de éstas para este cometido junto con las de
fabricación principal.
o
Implementación parcial menor – las tecnologías de fabricación aditiva se
adoptan para tareas proporcionalmente menores y cobran importancia en las
tareas de fabricación indirectas, como la fabricación de repuestos.
Existirán otro tipo de empresas cuyos productos en su mayoría no requerirán de una gran
personalización o complejidades geométricas, aunque seguirá estando presente la necesidad de
personalización en una proporción menor. Éstas adoptarán las tecnologías de fabricación aditiva
en una proporción también menor y su uso será marginal frente a los métodos tradicionales,
que resultarán más ventajosos y eficientes para la producción de la mayor parte de sus piezas
debido a su simplicidad y producción en masa, como en el sector automovilístico convencional.
Sin embargo, el empleo la impresión 3D para este tipo de empresas podría resultar de gran
relevancia en cuanto a la fabricación de piezas de repuesto, que se podrían realizar de manera
descentralizada y respondiendo a la demanda.
o
Implementación cuasi-nula – poco calado de las tecnologías de fabricación
aditiva, predominan las convencionales frente a éstas.
Para las empresas productivas de este grupo la adopción de las tecnologías de fabricación aditiva
para tareas de fabricación final no resultará nada ventajosa frente al empleo de las técnicas
convencionales. Serán empresas que produzcan piezas sencillas y baratas en masa con escasa o
ninguna personalización y cuya necesidad de repuestos también será nula, como por ejemplo
en la fabricación de bienes de consumo poliméricos como adornos simples, vasos, platos, etc.
En estos casos las impresoras 3D no jugarían un papel importante en la fabricación y su presencia
podría limitarse a unidades de apoyo a la fabricación como la fabricación de tiradas limitadas
promocionales de modelos personalizados.
218
Esto es, se prevé un panorama en el que las tecnologías de fabricación aditiva calarán de una
forma u otra en el tejido industrial productivo futuro. Habrá sectores que por sus características
las adoptarán de una manera más importante que otras pero su presencia en todas, en cuanto
a la fabricación, será indiscutible. Se considerará como una tecnología con unas características
particulares que será empleada por aquellas cuyos productos se beneficien de éstas.
5.3. Análisis sobre el impacto de la AM sobre la
sociedad del futuro próximo.
Para este apartado se han estudiado análisis recientes elaborados para dar respuesta a la
principal pregunta: ¿cómo cambiará la sociedad con la presencia cada vez más generalizada de
las tecnologías de impresión 3D? Aquí se considerará el impacto que podría tener la aparición
de la impresora 3D doméstica en la sociedad de forma generalizada, similar a la presencia de
televisores u ordenadores actualmente, así como el impacto en el sector industrial en cuanto a
su relación con el resto de la sociedad y otros posibles aspectos, como los ambientales y
comunitarios.

La presencia de la impresora 3D doméstica y su impacto.
En primer lugar, se ha de enfatizar que el posible escenario de la aparición y posesión
generalizada de impresoras 3D domésticas es una posibilidad probable aunque no segura. Aún
se desconoce si las empresas de software CAD podrán reducir sus programas relacionados con
la impresión 3D a un nivel en el que sean accesibles a la sociedad en su conjunto, así como el
manejo técnico de las impresoras en sí, como la preparación del material, extracción y postprocesado de las piezas que han requerido soportes, etc. Se prevé que las impresoras
domésticas estarán limitadas en cuanto al tamaño máximo de piezas que podrán fabricar y la
disponibilidad de materiales también será reducida, lo más probable siendo que se limiten a
materiales poliméricos. En este sentido, las tecnologías “FDM” o los procesos de impresión
podrían ser los más extendidos para el sector doméstico.
Si se llegase a simplificar su uso en todos los aspectos y sus precios las hacen suficientemente
asequibles, dichas impresoras se emplearían para la fabricación de objetos cotidianos según las
necesidades de cada hogar – por ejemplo, la fabricación de un conjunto de vasos personalizados
para cada miembro de la familia, la fabricación de juguetes y modelos, la impresión de un collar
para una mascota que muestre su nombre y ajustado a su tamaño, etc. Sin embargo, la mayoría
de los productos complejos demandados por los hogares se prevén que seguirán siendo
fabricados por las grandes empresas industriales y adquiridas como hasta ahora, como la
electrónica, muebles, ropa, etc.
Es decir, el hecho de que las empresas industriales empleen o no impresoras 3D especializadas
para la producción no influirá en la presencia de estas impresoras domésticas – los dos mundos,
219
el productivo industrial y el doméstico, se han de considerar separados en este aspecto. Aunque
es cierto que la presencia de impresoras domésticas podría causar la desaparición o evolución
de algunas empresas productoras de objetos simples y genéricos que podrían imprimirse en los
hogares de manera personalizada y con mayor calidad, aún existiría una cierta demanda por
individuos que elijan no emplear dicha tecnología. Es decir, a largo plazo se prevé que el impacto
entre ambos sectores, el industrial y el doméstico, esté lo suficientemente evolucionado como
para que no influyan de manera significativo entre ellos.
Sin embargo, surgirán problemas que hasta ahora sólo han sido anecdóticos, como la creación
de armas de fuego mediante la impresión 3D hace unos años y su proliferación reciente,
suponiendo un nuevo reto para gobiernos y fuerzas de seguridad [418]. Así mismo, problemas
legales referentes a derechos de autor es posible que surjan al obtener individuos archivos CAD
de diseños con derechos de autor ilegalmente para imprimirlos, aunque esto será de una
importancia menor cuanto más complejos sean dichos productos, ya que excederán las
capacidades de las impresoras domésticas.
En esencia, en el supuesto de una presencia generalizada de la impresora 3D doméstica, ésta se
relegaría a usos cotidianos creando objetos simples pero personalizados que no harán
desaparecer la demanda de bienes fabricados industrialmente, aunque con algunos posibles
retos que se habrán de solucionar.

El impacto de una industria con presencia consolidada de la fabricación aditiva en la
sociedad.
Según el escenario previsible presentado en el apartado anterior para el sector productivo
industrial, una industria que ha adoptado plenamente de la forma que se definió las tecnologías
de fabricación aditiva hará cambiar muchos aspectos de la sociedad. Aunque la presencia de las
impresoras 3D en los hogares no suponga más que una comodidad añadida y un impacto bajo
en la sociedad en su conjunto, en el caso de la industria es más relevante.
Como se señaló, la mayoría de los sectores industriales fabricantes de productos complejos,
como coches, aparatos electrónicos e informáticos, electrodomésticos, etc. harán uso de las
tecnologías de fabricación aditiva no solo para la fabricación de componentes de éstos sino
también para el servicio posventa, es decir, para las piezas de repuesto. Dicha fabricación, a
diferencia de la del producto completa, estará más distribuida y descentralizada, por lo que se
reducirán las necesidades de transporte y almacenamiento de dichos componentes,
adoptándose un modelo de producción local según la demanda. Esto es, existirán ramas o
proveedores que se dedicarán a fabricar de forma aditiva para las grandes empresas los
repuestos que se vayan solicitando en su entorno, haciendo uso de transportes menos dañinos
para el medio ambiente como servicios de mensajería para entregar la pieza. Esto, a su vez,
eliminaría la necesidad de grandes almacenes locales para el almacenamiento de estos
repuestos.
220
Para las empresas que hagan un mayor uso de las tecnologías de fabricación aditiva para la
fabricación final, al cambiar sus cadenas de suministros también harán cambiar la alta exigencia
que se tiene actualmente en el sector del transporte de mercancías. Esto repercutirá en:
o
o
o
o
o
Creación de nuevas empresas y empleos relacionados con la fabricación aditiva
Simplificación de la cadena de suministros global; los componentes fabricados
aditivamente volverán a producirse en los puntos de uso – los países
emergentes asiáticos y del hemisferio sur perderán una parte de su poder
productivo mundial al retornar a los países post-industrializados la fabricación
de componentes aditivos
El surgimiento de productos altamente personalizados mejorarán la calidad de
vida de grandes partes de la sociedad desde el punto de vista médico y dental
Reducción del desequilibrio entre países exportadores e importadores al
distribuirse la fabricación de ciertos productos
Mejora de la calidad de vida en países emergentes al no verse tan sometidos a
las demandas productivas del mundo industrializado
El mejor aprovechamiento del material en los procesos aditivos así como el uso de éstos para
una fabricación según la demanda en algunos productos también ayudará a reducir el impacto
sobre el medio ambiente, haciendo un uso más eficiente de los recursos naturales y energéticos.
El reciclaje de los materiales sobrantes también contribuirá a esto.
5.4. Casos ilustrativos recientes sobre la AM.
Discusión sobre aplicaciones noveles dentro
del sector aeroespacial futuro.
Como última sección de este capítulo y de este Proyecto, se pretende hacer mención a algunos
proyectos de investigación al menos curiosos y prometedores a largo plazo tanto de forma
general como para sus aplicaciones para el sector aeroespacial. Se hará mención de algunas
tecnologías surgidas recientemente pero que aún no han logrado verificar su viabilidad o
implementación comercial debido a diferentes razones pero que podrían llegar a ser
significativos dado un tiempo de desarrollo adecuados y la apertura de oportunidades de
aplicación.
A tal efecto, se presentan los siguientes ejemplos agrupados en dos categorías.

Fusión de la fabricación aditiva con la robótica.
En un futuro no es de extrañar que la automatización de los procesos de fabricación vaya pareja
con la integración de los sistemas de fabricación aditiva en soportes robóticos, al igual que se
plantea el empleo de la robótica para sustituir a mano de obra humana para las tecnologías
221
convencionales en ciertas aplicaciones. En el caso de la fabricación aditiva, podría adoptar la
forma propuesta en [419], donde un conjunto de pequeños robots podrían trabajar de forma
conjunta para fabricar aditivamente grandes estructuras o productos varios órdenes de
magnitud mayores que ellos mismos. Aunque actualmente sólo sea un concepto, en un futuro
se podrían emplear para la fabricación de grandes estructuras aeronáuticas, obviando la
necesidad de fabricar una gran impresora 3D que la albergue. La Figura 5-1 muestra dichos
robots y la estructura que pueden fabricar.
Figura 5-1: aplicación de la robótica a la fabricación aditiva. Empleo de pequeños robots trabajando conjuntamente
para la fabricación de una estructura mucho mayor.
Esto podría tener, a su vez, aplicaciones para la fabricación de estructuras en entornos hostiles
para los humanos, como por ejemplo en aplicaciones espaciales. La agencia “ESA” ha propuesto
recientemente un proyecto de investigación para el envío de sondas y robots con capacidades
de fabricación aditiva para la construcción de instalaciones y edificaciones en la Luna antes de
la llegada de personal de la Tierra, como se puede comprobar en [420]. En este caso, los autores
proponen el uso de material presente en la superficie lunar como material de trabajo para la
fabricación de un caparazón protector de las instalaciones habitables interiores; este concepto
se muestra en la Figura 5-2.
222
Figura 5-2: concepto y proyecto de la “ESA” para la fabricación de estructuras en la Luna empleando un robot con
funciones de fabricación aditiva.

“Impresión 4D”.
El concepto de la “impresión 4D” ha surgido de un proyecto investigador en el “MIT”
combinando sus conocimientos de materiales “morphing” o que cambian su forma de acuerdo
a solicitaciones externas programables en el propio material, con la impresión 3D. El uso de este
tipo de materiales en aeronaves del futuro podría suponer un gran aumento de sus eficiencias
aerodinámicas y reducciones importantes de peso, como se constata en [421], ya que se
eliminarían superficies de control como alerones, timones u otros elementos como los flaps. El
ala u otros elementos aerodinámicos cambiarían su forma para conseguir los mismos efectos sin
el empleo de motores ni mecánica, como se puede apreciar en la Figura 5-3.
Figura 5-3: posible empleo de materiales adaptables o “morphing” para aplicaciones aeroespaciales futuras.
223
El uso de la fabricación aditiva podría ayudar a “programar” a dichos materiales adaptables
para sus cometidos, depositando ciertos materiales clave en puntos estratégicos del material
adaptable. Más información sobre este concepto se puede encontrar en [422].
Con estas menciones finaliza este capítulo de reflexiones generales sobre la fabricación aditiva
y su impacto sobre la industria y sociedad actual y futura.
224
225
6.
Conclusiones.
6.1. Análisis del cumplimiento de los objetivos.
El objetivo principal de este Proyecto ha sido determinar si la aplicación de las tecnologías de
fabricación aditiva o impresión 3D al sector aeroespacial es viable y práctico en la actualidad y
en el futuro próximo.
Los objetivos secundarios han consistido en presentar el conjunto de las tecnologías de
fabricación aditiva desde un punto de vista descriptivo y general para entender el posible
impacto que podrían tener sobre la industria y sociedad en el futuro.
Para ello, este Proyecto se ha dividido en cuatro capítulos que han servido para cumplir dichos
objetivos. A continuación, se estudia la contribución de cada capítulo a éstos y se detalla su
cumplimiento mediante el estudio realizado.
En el primer capítulo de introducción teórica se realizó un estudio general de las tecnologías de
fabricación aditiva. Se definió el concepto y se describieron las generalidades del proceso,
ofreciendo una visión del problema actual de terminología. Se pasó a ofrecer una clasificación
de las tecnologías actuales, mediante la cual se estudiaron los aspectos técnicos de cada una
para así poder diferenciar las que existen actualmente.
Tras esto, se establecieron criterios técnicos que posteriormente sirvieron para agrupar las
tecnologías estudiadas en las “de interés” para el sector aeroespacial y en las de menor interés.
Tras establecer a priori que las tecnologías de fusión en lecho de polvo y de depositado mediante
energía dirigida eran los candidatos más plausibles, se procedió a realizar un estudio técnico
más profundo sobre los subgrupos tecnológicos de cada categoría. Gracias a ello, se pudieron
identificar dos candidatos adicionales “de interés”, el modelado mediante depositado de
fundidos y la consolidación ultrasónica.
El segundo capítulo se dedicó al estudio del estado del arte actual de las tecnologías de
fabricación aditiva. Para ello, se comenzó ofreciendo una breve historia de los avances de éstas,
pasando posteriormente a ofrecer un panorama general de las empresas más representativas
del sector fabricantes de impresoras 3D.
Se estudiaron representativamente los modelos de las tecnologías consideradas “de interés”,
realizando un estudio más generalista sobre las demás tecnologías, ofreciendo mediante Anexos
un amplio catálogo de máquinas reales.
Finalmente, se compararon las tecnologías “de interés” entre sí y se estableció que, según
criterios económicos y de mercado, la lista inicial escogida al final del primer capítulo seguía
siendo viable.
226
En el tercer capítulo se realizó un análisis técnico y económico de la implementación de las
tecnologías de fabricación aditiva en el sector aeroespacial. Para ello, en primer lugar, se
identificaron los cuatro caminos estratégicos para la adopción de estas tecnologías en el sector,
posteriormente estudiando casos particulares de empresas que se encuentran en cada uno.
Tras esto, procedió un análisis económico donde se pudo comprobar el actual alcance en el
sector aeroespacial de estas tecnologías, así como previsiones para el futuro.
Seguidamente, se realizó el análisis técnico, donde se establecieron los grandes retos que se han
de superar para que esta tecnología alcance su madurez. Se estableció la inconsistencia en la
calidad como principal reto, centrándose el estudio en la influencia de los diferentes parámetros
propios de los procesos en las propiedades de la pieza final. Sin embargo, no se pudo realizar un
análisis sobre las tecnologías de consolidación ultrasónica al no disponerse de datos suficientes.
En último lugar, se reflexionó sobre si la implementación de las tecnologías de impresión 3D
eran relevantes en el sector, llegando a una conclusión afirmativa.
Finalmente, en el cuarto capítulo se estudió de manera general el alcance y el impacto de las
tecnologías de fabricación aditiva en el sector industrial actual y en la sociedad. Tras la
investigación llevada a cabo, se propuso un posible escenario de futuro a largo plazo (20302050) del panorama industrial donde la implementación de las tecnologías de impresión 3D
encontrarían “su hueco”, coexistiendo con las tecnologías convencionales y empleándose en
aquellos casos donde su uso resultaría más eficiente y beneficioso por la naturaleza de las piezas
o productos.
Se establecieron cuatro casos de diferentes grados de adopción de la impresión 3D en la
industria, desde sectores que harían uso exclusivo de las impresoras 3D (como el sector médico
o dental de implantes y prótesis) hasta empresas que no las adoptarían de manera significativa
(bienes de consumo simples producidos en masa).
El impacto en la sociedad de las impresoras 3D domésticas se estimó de poca importancia en
comparación con la producción industrial.
Se determinó que el empleo de la fabricación aditiva por parte del sector industrial sería el que
causaría el mayor impacto en la sociedad y medio ambiente. Cambiaría en cierto grado el
panorama productivo al volver a fabricar en países post-industrializados, distribuyendo la
cadena de suministros y disminuyendo en cierto grado la demanda de transporte y
almacenamiento de piezas y productos. Así mismo, se haría un uso más eficiente del material,
causando un menor impacto en el medio ambiente.
Por último, se estudiaron algunos ejemplos de nuevas aplicaciones en el sector de la fabricación
aditiva que podrían cobrar relevancia en el futuro. La integración de la robótica con la impresión
3D, la fabricación remota con aplicaciones en el espacio o la “impresión 4D”, combinando los
materiales adaptables o “morphing” con la impresión 3D para programarlos, son algunos de los
casos analizados y propuestos.
227
6.2. Resumen y conclusión final.
En este Proyecto se ha establecido que el uso de las tecnologías de fabricación aditiva para la
producción final y tareas de diseño, prototipos y ensayos en el sector aeroespacial es una
realidad presente y su afianzamiento en el futuro es indiscutible. Su relevancia en este sector se
hará más importante conforme vayan madurando las tecnologías de impresión 3D.
Se han establecido que las siguientes tecnologías son de un mayor interés para el sector
aeroespacial actual y del futuro próximo:


Modelado mediante depositado de fundidos (“FDM”) y sinterización selectiva por láser
(“SLS”) para materiales poliméricos;
Sinterización y fusión en lecho de polvo (“DMLS” y “SLM” respectivamente), depositado
mediante energía dirigida (“DED”) y consolidación ultrasónica (“UC”) para metales y
cerámicos.
Las demás tecnologías se han estudiado y presentado para que sirvan como punto de partida
para trabajos enfocados a otros sectores industriales que las empleen. Se han clasificado y
estudiado de tal manera que se pueda entender su impacto actual y futuro.
Se prevé que el sector industrial en su conjunto adopte las tecnologías de fabricación aditiva
para la fabricación final pero el grado de adopción variará según las necesidades de cada
empresa y sus productos, coexistiendo las aditivas con las convencionales en la mayoría de los
casos. El sector aeroespacial se encuadrará en un sector industrial que hará un uso extensivo de
estas tecnologías al madurar, pero sólo para las piezas que se beneficien de sus particularidades.
Para las demás, seguirá empleando los métodos convencionales.
Es decir, la fabricación aditiva encontrará su lugar entre las tecnologías de fabricación
convencionales y pasará a ser una más del conjunto de tecnologías de fabricación al alcanzar su
madurez, viéndose empleada en mayor o menor medida según las necesidades de cada sector
y de los productos que desarrolle.
Sin embargo, no se podrá alcanzar la integración de estas tecnologías completamente hasta que
se identifiquen y se puedan controlar adecuadamente las diferentes variables que controlan el
proceso y no se libere el mercado de la materia prima.
6.3. Líneas futuras de trabajo.
Este trabajo ha intentado abarcar una perspectiva amplia y el tono generalista se ha hecho
patente en el estudio llevado a cabo al no indagar exhaustivamente en ningún concepto o área
en concreto excepto para el cumplimiento de los objetivos establecidos. Aunque se han
estudiado gran cantidad de aspectos y conceptos con detalle a tal efecto, cada uno de ellos
podría ser el objeto de estudio de otro trabajo más especializado.
228
Aunque sería demasiado extenso hacer un listado de todos los posibles aspectos que requerirían
un estudio, se han escogido los siguientes puntos que podrían servir como puntos de partida
para nuevos estudios enfocados al sector aeroespacial. Los demás quedan a discreción del lector.

Estudiar las tecnologías de interés para el sector aeroespacial desde un punto de vista
técnico más profundo para así incrementar el conocimiento sobre la influencia de los
parámetros del proceso en la calidad de la pieza final.

Estudiar en más profundidad los efectos económicos sobre una empresa aeroespacial
en cuanto a una fuerte presencia en ella de las tecnologías de fabricación aditiva para la
fabricación final. Estudiar y determinar los costes a corto y largo plazo y determinar con
más precisión los efectos en su cadena de suministros.

Llevar a cabo un estudio detallado sobre el impacto de la fabricación aditiva en cuanto
a las labores de exploración y colonización espacial.

Explorar y analizar la relevancia de las máquinas de fabricación híbridas que han surgido
en el mercado recientemente, donde se combina la tecnología de centros de
mecanizado con el depositado mediante energía dirigida, permitiendo una fabricación
mixta con tan sólo el cambio del cabezal de la máquina herramienta.
229
230
7.
Anexos.
7.1. Anexo 1. Modelos de “3D Systems”.

Serie “ProX”.
La serie “ProX” consiste actualmente de las impresoras “500” y “500 Plus”; actualmente sólo se
encuentra disponible el modelo “ProX 500”, el “ProX 500 Plus” se comercializará, según la
empresa, a partir de principios del 2015 [175]. Esta máquina, diseñada para la producción de
piezas finales empleando un solo material termoplástico desarrollado para su uso exclusivo en
esta máquina, ofrece una calidad similar –según la empresa– a piezas termoplásticas fabricadas
mediante inyección en molde.
La Figura 7-1 y la Tabla 7-1 proporcionan más información sobre estos modelos.
Figura 7-1: Impresoras de la serie “ProX”; izq. “ProX 500”, der. “ProX 500 Plus”.
231
“ProX 500” [176]
Especificaciones técnicas
381 x 330 x 457 mm3
0,08 – 0,15 mm
100 W / CO2
2 L/h
Corriente alterna
Sistema trifásico
208 V
50/60 Hz
7,5 kVA
1.744 x 1.226 x 2.295 mm3
1.360 kg
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Potencia/tipo del láser
Velocidad de construcción volumétrica
Alimentación eléctrica
Voltaje
Frecuencia
Potencia
Dimensiones de la máquina
Peso de la máquina
Materiales
Nombre comercial
“DuraForm® ProX™”
Descripción
Material termoplástico con propiedades
similares a piezas fabricadas mediante
inyección en molde [177].
Aplicaciones

Piezas funcionales y ensamblajes para aplicaciones aeroespaciales, de automoción,
dispositivos médicos personalizados para cada paciente, accesorios de moda y
aplicaciones para dispositivos móviles.
Precios e información comercial



El precio de compra de esta impresora se encuentra en torno a los $500.000 (USD)
[178].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí.
La empresa ofrece una garantía de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-1: datos relevantes del modelo “500” de la serie “ProX” de “3D Systems”.
Dado que el modelo “500 Plus” no se ha comercializado aún, no se presenta información
específica sobre este modelo por no estar disponible. Sin embargo, según [179], la principal
diferencia con el modelo actualmente disponible se encuentra en una selección más amplia de
materiales, entre los que se encuentran el “DuraForm® ProX GF” y el “DuraForm® ProX AF+”. El
primero se trata de un termoplástico con fibras de vidrio en su interior que aumentan su
resistencia y rigidez a la vez que también aumenta su aislamiento térmico; el segundo se trata
232
de un termoplástico con fibras de aluminio, con mejores propiedades térmicas y una apariencia
parecida a piezas metálicas de fundición.

Serie “sPro”.
La serie “sPro” de sinterización de materiales no-metálicos ofrece varios modelos, en concreto
el “60 HD”, el “140” y el “230”. A su vez, cada modelo ofrece variaciones que están orientadas a
adaptarse a las necesidades del cliente, generalmente en cuanto a tamaño máximo de las piezas
y potencia del láser, que incide en la velocidad de construcción volumétrica. En el estudio de los
modelos que se presenta a continuación, se ha tomado como referencia el modelo base, aunque
se pueden consultar las distintas variaciones en [180].
Las diversas figuras y tablas siguientes muestran información sobre cada modelo de esta serie.
Figura 7-2: Impresora de SLS “sPro 60 HD” de “3D Systems”.
“sPro 60 HD” [181]
Especificaciones técnicas
381 x 330 x 437 mm3
0.08 – 0.15 mm
30 W / CO2
1 L/h
Corriente alterna
Sistema trifásico
240 V
50/60 Hz
12,5 kVA
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Potencia/tipo del láser
Velocidad de construcción volumétrica
Alimentación eléctrica
Voltaje
Frecuencia
Potencia
233
Materiales
Nombre comercial
“CastForm™ PS”
“DuraForm® EX Black”
“DuraForm® EX Natural”
“DuraForm® Flex”
“DuraForm® FR 100”
“DuraForm® GF”
“DuraForm® HST Composite”
“DuraForm® PA”
Descripción
Material basado en estireno para la
fabricación de modelos para la fundición de
molde desechable, modelo perdido (con
modelo evaporativo) [182].
Termoplástico de color negro con alta
resistencia a impactos y resistencia similar al
polipropileno y ABS fabricados mediante
inyección en molde [183].
Ídem al anterior con la excepción del color,
éste ofrece su color natural (blanco) [184].
Material parecido a la goma, flexible y con
buena resistencia y durabilidad [185].
Termoplástico de ingeniería con propiedades
anti-incendios y de baja emisiones de humo
que cumple las exigencias de la norma “UL
94 V-0” [186] para uso en aeronaves y otras
aplicaciones exigentes. Libre de halógenos y
antimonio [187].
Termoplástico de ingeniería relleno de
elementos de vidrio que presentan una
buena rigidez, resistencia a altas
temperaturas y propiedades isótropas [188].
Termoplástico reforzado con fibras que
ofrece una alta rigidez específica, resistencia
a altas temperaturas y propiedades
anisótropas [189].
Termoplástico duradero con propiedades
mecánicas equilibradas y buena resolución y
acabado superficial [190].
Aplicaciones






Fabricación de ductos interiores de aeronaves.
Fabricación de guías personalizadas para taladros médicos.
Fabricación de prostéticos y de órtesis.
Fabricación de carcasas de dispositivos móviles.
Interiores de automóviles y prototipos.
Fabricación de carcasas para dispositivos electrónicos.
234
Precios



El precio de compra de esta impresora, según varias fuentes, es a partir de los
$300.000 (USD) [191], [192].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí.
La empresa ofrece una garantía de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-2: datos relevantes del modelo “60 HD” de la serie “sPro” de “3D Systems”.
Figura 7-3: Impresora de SLS “sPro 140” de “3D Systems”.
“sPro 140” [193]
Especificaciones técnicas
550 x 550 x 460 mm3
0.08 – 0.15 mm
70 W / CO2
3 L/h
Corriente alterna
Sistema trifásico
208 V
50/60 Hz
17 kVA
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Potencia/tipo del láser
Velocidad de construcción volumétrica
Alimentación eléctrica
Voltaje
Frecuencia
Potencia
Materiales
Nombre comercial
“CastForm™ PS”
Descripción
Material basado en estireno para la
fabricación de modelos para la fundición de
235
“DuraForm® EX Black”
“DuraForm® EX Natural”
“DuraForm® Flex”
“DuraForm® FR 100”
“DuraForm® GF”
“DuraForm® HST Composite”
“DuraForm® PA”
molde desechable, modelo perdido (con
modelo evaporativo) [182].
Termoplástico de color negro con alta
resistencia a impactos y resistencia similar al
polipropileno y ABS fabricados mediante
inyección en molde [183].
Ídem al anterior con la excepción del color,
éste ofrece su color natural (blanco) [184].
Material parecido a la goma, flexible y con
buena resistencia y durabilidad [185].
Termoplástico de ingeniería con propiedades
anti-incendios y de baja emisiones de humo
que cumple las exigencias de la norma “UL
94 V-0” [186] para uso en aeronaves y otras
aplicaciones exigentes. Libre de halógenos y
antimonio [187].
Termoplástico de ingeniería relleno de
elementos de vidrio que presentan una
buena rigidez, resistencia a altas
temperaturas y propiedades isótropas [188].
Termoplástico reforzado con fibras que
ofrece una alta rigidez específica, resistencia
a altas temperaturas y propiedades
anisótropas [189].
Termoplástico duradero con propiedades
mecánicas equilibradas y buena resolución y
acabado superficial [190].
Aplicaciones






Fabricación de ductos interiores de aeronaves.
Fabricación de guías personalizadas para taladros médicos.
Fabricación de prostéticos y de órtesis.
Fabricación de carcasas de dispositivos móviles.
Interiores de automóviles y prototipos.
Fabricación de carcasas para dispositivos electrónicos.
Precios

El precio de compra de esta impresora es a partir de los $725.000 (USD) [192], [194].

No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí.
La empresa ofrece una garantía de 1 año para esta impresora.

Tabla 7-3: datos relevantes del modelo “140” de la serie “sPro” de “3D Systems”.
236
Figura 7-4: Impresora de SLS “sPro 230” de “3D Systems”.
“sPro 230” [195]
Especificaciones técnicas
550 x 550 x 750 mm3
0.08 – 0.15 mm
70 W / CO2
3 L/h
Corriente alterna
Sistema trifásico
208 V
50/60 Hz
7,5 kVA
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Potencia/tipo del láser
Velocidad de construcción volumétrica
Alimentación eléctrica
Voltaje
Frecuencia
Potencia
Materiales
Nombre comercial
“CastForm™ PS”
“DuraForm® EX Black”
“DuraForm® EX Natural”
“DuraForm® Flex”
“DuraForm® FR 100”
Descripción
Material basado en estireno para la
fabricación de modelos para la fundición de
molde desechable, modelo perdido (con
modelo evaporativo) [182].
Termoplástico de color negro con alta
resistencia a impactos y resistencia similar al
polipropileno y ABS fabricados mediante
inyección en molde [183].
Ídem al anterior con la excepción del color,
éste ofrece su color natural (blanco) [184].
Material parecido a la goma, flexible y con
buena resistencia y durabilidad [185].
Termoplástico de ingeniería con propiedades
anti-incendios y de baja emisiones de humo
que cumple las exigencias de la norma “UL
237
“DuraForm® GF”
“DuraForm® HST Composite”
“DuraForm® PA”
94 V-0” [186] para uso en aeronaves y otras
aplicaciones exigentes. Libre de halógenos y
antimonio [187].
Termoplástico de ingeniería relleno de
elementos de vidrio que presentan una
buena rigidez, resistencia a altas
temperaturas y propiedades isótropas [188].
Termoplástico reforzado con fibras que
ofrece una alta rigidez específica, resistencia
a altas temperaturas y propiedades
anisótropas [189].
Termoplástico duradero con propiedades
mecánicas equilibradas y buena resolución y
acabado superficial [190].
Aplicaciones






Fabricación de ductos interiores de aeronaves.
Fabricación de guías personalizadas para taladros médicos.
Fabricación de prostéticos y de órtesis.
Fabricación de carcasas de dispositivos móviles.
Interiores de automóviles y prototipos.
Fabricación de carcasas para dispositivos electrónicos.
Precios



El precio de compra de esta impresora es a partir de los $850.000 (USD) [192], [196].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí.
La empresa ofrece una garantía de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-4: datos relevantes del modelo “230” de la serie “sPro” de “3D Systems”.
Como se ha podido comprobar, todos los modelos de la serie “sPro” comparten los materiales
que pueden emplear en la fabricación; la principal diferencia entre las impresoras es en cuanto
a sus capacidades técnicas. En cuanto a los precios, se ha podido comprobar que a más
capacidad de fabricar piezas de mayores dimensiones, el precio aumenta. La velocidad
constructiva volumétrica también aumenta con el precio, aunque en menor medida. El no
disponer de información para los materiales dificulta la realización de un estudio económico
más profundo para determinar los costes a largo plazo.
En cuanto a la sinterización de metales y cerámicos, “3D Systems” ofrece los siguientes
modelos:
238

Serie “ProX”.
Actualmente se ofrecen tres modelos base para la sinterización de polvos metálicos y cerámicos
por parte de “3D Systems”, el “ProX 100”, “ProX 200” y el “ProX 300”. A su vez, existen variantes
de cada modelo a los que la compañía les añade el sufijo “Dental”, en concreto para los modelos
“100” y “200”. Éstos varían principalmente en el paquete de software incluido con la impresora
(para facilitar la creación de complejas prótesis dentales) y en el uso de una aleación de cobaltocromo como material adicional. Por razones obvias, las máquinas destinadas a aplicaciones
dentales no se estudiarán en este apartado; si se desease consultar más información sobre ellas,
se ruega consultar [197] y [198].
Adicionalmente, existe el modelo “ProX 400” que, aunque sus datos técnicos y especificaciones
se encuentran disponibles, es un modelo que se comercializará en un futuro próximo, por lo que
aún no se encuentran disponibles datos sobre precios.
A continuación se detallarán, mediante diversas figuras y tablas, los modelos mencionados, de
manera similar a como se lleva realizando en este apartado.
Figura 7-5: Impresora de DMLS “ProX 100” de “3D Systems”.
239
“ProX 100” [199]
Especificaciones técnicas
100 x 100 x 80 mm3
10 – 50 µm
50 W / de fibra
x=100 µm, y=100 µm, z=20 µm
Corriente alterna
Sistema monofásico
230 V
50/60 Hz
2,7 kVA
1.200 x 770 x 1.950 mm3
1.000 kg
Manual
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Potencia/tipo del láser
Resolución mínima de detalles
Alimentación eléctrica
Voltaje
Frecuencia
Potencia
Dimensiones de la máquina
Peso de la máquina
Tipo de sistema de suministro de material
Materiales
Tipo
Metales
Cerámicos
Desglose
Aceros inoxidables
Aceros de máquinas-herramienta
Aleaciones de titanio (Ti6Al4V)
Aleaciones de aluminio (AlSi12)
Otros [200]
Cermet Al2O3
Cermet TiO2
Otros [200]
Aplicaciones






Fabricación de componentes y piezas para aplicaciones aeroespaciales y de defensa.
Fabricación de motores y sus componentes.
Fabricación de tecnología médica.
Fabricación implantes personalizados.
Aplicaciones dentales.
Aplicaciones en la fabricación de joyas y arte.
Precios



El precio de compra de esta impresora se encuentra en el rango $250.000–$350.000
(USD) [201].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí.
La empresa ofrece una garantía de 1 año para esta impresora, prorrogable.
Tabla 7-5: datos relevantes del modelo “100” de la serie “ProX” de “3D Systems”.
240
Figura 7-6: Impresora de DMLS “ProX 200” de “3D Systems”.
“ProX 200” [202]
Especificaciones técnicas
140 x 140 x 100 mm3
10 – 50 µm
300 W / de fibra
x=100 µm, y=100 µm, z=20 µm
Corriente alterna
Sistema trifásico
400 V
50/60 Hz
8 kVA
1.200 x 1.500 x 1.950 mm3
1.500 kg
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Potencia/tipo del láser
Resolución mínima de detalles
Alimentación eléctrica
Voltaje
Frecuencia
Potencia
Dimensiones de la máquina
Peso de la máquina
Tipo de sistema de suministro de material
Semiautomático
241
Materiales
Tipo
Metales
Cerámicos
Desglose
Aceros inoxidables
Aceros de máquinas-herramienta
Aleaciones de titanio (Ti6Al4V)
Aleaciones de aluminio (AlSi12)
Metales preciosos
Otros [200]
Cermet Al2O3
Cermet TiO2
Otros [200]
Aplicaciones






Fabricación de componentes y piezas para aplicaciones aeroespaciales y de defensa.
Fabricación de motores y sus componentes.
Fabricación de tecnología médica.
Fabricación implantes personalizados.
Aplicaciones dentales.
Aplicaciones en la fabricación de joyas y arte.
Precios



El precio de compra de esta impresora se encuentra en el rango $400.000–$600.000
(USD) [201].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí.
La empresa ofrece una garantía de 1 año para esta impresora, prorrogable.
Tabla 7-6: datos relevantes del modelo “200” de la serie “ProX” de “3D Systems”.
242
Figura 7-7: Impresora de DMLS “ProX 300” de “3D Systems”.
“ProX 300” [203]
Especificaciones técnicas
250 x 250 x 300 mm3
10 – 50 µm
500 W / de fibra
x=100 µm, y=100 µm, z=20 µm
Corriente alterna
Sistema trifásico
400 V
50/60 Hz
15 kVA
2.400 x 2.200 x 2.400 mm3
5.000 kg
Automático
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Potencia/tipo del láser
Resolución mínima de detalles
Alimentación eléctrica
Voltaje
Frecuencia
Potencia
Dimensiones de la máquina
Peso de la máquina
Tipo de sistema de suministro de material
Materiales
Tipo
Metales
Desglose
Aceros inoxidables
Aceros de máquinas-herramienta
Aleaciones de titanio (Ti6Al4V)
243
Cerámicos
Aleaciones de aluminio (AlSi12)
Metales preciosos
Otros [200]
Cermet Al2O3
Cermet TiO2
Otros [200]
Aplicaciones






Fabricación de componentes y piezas para aplicaciones aeroespaciales y de defensa.
Fabricación de motores y sus componentes.
Fabricación de tecnología médica.
Fabricación implantes personalizados.
Aplicaciones dentales.
Aplicaciones en la fabricación de joyas y arte.
Precios



El precio de compra de esta impresora se encuentra en el rango $750.000–$1.000.000
(USD) [201].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí.
La empresa ofrece una garantía de 1 año para esta impresora, prorrogable.
Tabla 7-7: datos relevantes del modelo “300” de la serie “ProX” de “3D Systems”.
Figura 7-8: Impresora de DMLS “ProX 400” de “3D Systems”.
244
“ProX 400” [204]
Especificaciones técnicas
500 x 500 x 500 mm3
10 – 100 µm
2 x 500 W / de fibra u opción de 1 x 1 kW
Corriente alterna
Sistema trifásico más tierra
400 V – 480 V
50/60 Hz
15 kVA
Unidad de fabricación: 300 x 300 x 300 cm3
Unidad de polvo: 250 x 250 x 250 cm3
Unidad de fabricación: 13.607 kg
Unidad de polvo: 4.535 kg
Automático
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Potencia/tipo del láser
Alimentación eléctrica
Voltaje
Frecuencia
Potencia
Dimensiones de la máquina
Peso de la máquina
Tipo de sistema de suministro de material
Materiales
Tipo
Metales
Desglose
Aceros inoxidables
Aceros de máquinas-herramienta
Aleaciones de titanio (Ti6Al4V)
Aleaciones de aluminio (AlSi12)
Metales preciosos
Otros [200]
Aplicaciones






Fabricación de componentes y piezas para aplicaciones aeroespaciales y de defensa.
Fabricación de motores y sus componentes.
Fabricación de tecnología médica.
Fabricación implantes personalizados.
Aplicaciones dentales.
Aplicaciones en la fabricación de joyas y arte.
Precios

Aún no se ha comercializado, por lo que es imposible la obtención de precios.
Tabla 7-8: datos relevantes del modelo “400” de la serie “ProX” de “3D Systems”.
Los modelos presentados anteriormente dentro de esta sección corresponden a los sistemas e
impresoras que la empresa “3D Systems”. Modelos obsoletos que se han dejado de
comercializar no se han incluido aquí, aunque sí se ha optado por incluir aquellos modelos cuya
comercialización es inminente.
245
7.2. Anexo 2. Modelos de “EOS”.
En cuanto a la sinterización de materiales poliméricos, “EOS” ofrece los siguientes modelos:

“FORMIGA P 110”.
Modelo básico de entrada que la empresa ofrece para las industrias interesadas en comenzar a
introducirse en el mercado de la fabricación aditiva. Debido a sus dimensiones reducidas, es más
rentable su uso para realizar tiradas cortas de producción, pocas piezas con un grado de
complejidad geométrico alto o piezas que requieren de una alta personalización (únicas).
Toda la información relevante disponible para este modelo de manera oficial se encuentra
recogida en la Tabla 7-9; la impresora en sí se puede visualizar en la Figura 7-9.
Figura 7-9: Impresora de SLS “FORMIGA P 110” de “EOS”.
246
“FORMIGA P 110” [205]
Especificaciones técnicas
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Potencia/tipo del láser
Velocidad de construcción vertical máxima
(dependiente del material)
200 mm x 250 mm x 330 mm
0,06 – 0,12 mm
30 W / CO2
20 mm/h
Presión mínima: 6.000 hPa
Caudal mínimo: 10 m3/h
Corriente alterna
16 A
5 kW / 1,4 kW
1.320 mm x 1.067 mm x 2.204 mm
3.200 mm x 3.500 mm x 3.000 mm
600 kg
Suministro de aire comprimido y nitrógeno
Alimentación eléctrica
Suministro de corriente
Potencia activa consumida nominal / típica
Dimensiones de la máquina
Espacio de instalación recomendado
Peso de la máquina
Materiales y sus aplicaciones [206]
Nombre comercial
“PA 2200”
“PA 2201”
“PA 3200 GF”
“PrimeCast 101”
“PA 2105”
Descripción
Poliamida 12, de color blanco. Material
multiusos y con propiedades equilibradas;
destinado para la fabricación de piezas
funcionales.
Poliamida 12 para aplicaciones especiales.
Color natural, material multiusos para la
fabricación de piezas funcionales. Destinado
para su uso principalmente en EE. UU.
Poliamida 12 relleno con elementos de
vidrio. De color blanquecino, presenta una
alta rigidez, alta resistencia al desgaste y
buenas propiedades a altas temperaturas.
Destinado para piezas cuyas condiciones
operativas requieran de estas propiedades.
Poliestireno de color gris, que presenta una
alta precisión dimensional y poco contenido
de ceniza cuando se quema. Destinado para
la fabricación de modelos para uso en
procesos de fundición con modelo perdido
(evaporativo) y para modelado de
prototipos.
Poliamida 12 de color beige claro. Ofrece
una alta precisión dimensional y buen
acabado superficial y grado de detalle.
Principalmente destinado a aplicaciones
dentales.
247
Precios



El precio de compra de esta impresora se encuentra a partir de los $190.000 (USD)
[207].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí.
La empresa ofrece un contrato de servicios de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-9: datos relevantes del modelo “FORMIGA P 110” de “EOS”.

“EOS P 396”.
Este modelo de impresora pertenece a la gama media que la empresa actualmente comercializa.
Se trata de una máquina que ofrece una mejora en cuanto a tamaño máximo de las piezas,
materiales disponibles y velocidad constructiva en comparación con el modelo anterior, por lo
que se orienta hacia la industria de producción para volúmenes y tiradas mayores. De hecho,
está más optimizada para este cometido, consiguiéndose un importante ahorro y aumento de
la eficiencia para series de producción medias, reduciendo el coste por pieza fabricada
comparada con el modelo anterior.
La información relevante sobre este modelo se encuentra detallada a continuación en la Tabla
7-10; la Figura 7-10 muestra la impresora en cuestión.
Figura 7-10: Impresora de SLS “EOS P 396” de “EOS”.
248
“EOS P 396” [208]
Especificaciones técnicas
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Potencia/tipo del láser
Velocidad de construcción vertical máxima
(dependiente del material)
340 mm x 340 mm x 600 mm
0,06 – 0,18 mm
70 W / CO2
48 mm/h
Presión mínima: 5.000 hPa
Caudal mínimo: 10 m3/h
Corriente alterna
32 A
10 kW / 2,4 kW
1.840 mm x 1.175 mm x 2.100 mm
950 mm x 700 mm x 1.550 mm
Suministro de aire comprimido y nitrógeno
Alimentación eléctrica
Suministro de corriente
Potencia activa consumida nominal / típica
Dimensiones de la máquina
Dimensiones del terminal de control
Dimensiones del sistema de alimentación de
material en polvo
Dimensiones del terminal de
desempaquetado
Espacio de instalación recomendado
Peso de la máquina
1.480 mm x 1.170 mm x 1.470 mm
1.190 mm x 620 mm x 1.500 mm
4.300 mm x 3.900 mm x 3.000 mm
1.060 kg
Materiales y sus aplicaciones [206]
Nombre comercial
“PA 2200”
“PA 2201”
“PA 3200 GF”
“PrimeCast 101”
“PA 2105”
Descripción
Poliamida 12, de color blanco. Material
multiusos y con propiedades equilibradas;
destinado para la fabricación de piezas
funcionales.
Poliamida 12 para aplicaciones especiales.
Color natural, material multiusos para la
fabricación de piezas funcionales. Destinado
para su uso principalmente en EE. UU.
Poliamida 12 relleno con elementos de
vidrio. De color blanquecino, presenta una
alta rigidez, alta resistencia al desgaste y
buenas propiedades a altas temperaturas.
Destinado para piezas cuyas condiciones
operativas requieran de estas propiedades.
Poliestireno de color gris, que presenta una
alta precisión dimensional y poco contenido
de ceniza cuando se quema. Destinado para
la fabricación de modelos para uso en
procesos de fundición con modelo perdido
(evaporativo) y para modelado de
prototipos.
Poliamida 12 de color beige claro. Ofrece
una alta precisión dimensional y buen
acabado superficial y grado de detalle.
249
Principalmente destinado a aplicaciones
dentales.
Precios



El precio de compra de esta impresora se encuentra a partir de los $420.000 (USD)
[209].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí.
La empresa ofrece un contrato de servicios de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-10: datos relevantes del modelo “EOS P 396” de “EOS”.

“EOSINT P 760”.
El modelo de gama media-alta que ofrece la empresa para la sinterización de piezas poliméricas,
el “P 760” se diferencia de los modelos anteriores por emplear láseres duales a la vez que
incrementa de nuevo las dimensiones máximas de las piezas que puede fabricar. Los láseres
duales se pueden emplear de forma paralela para la fabricación de dos o más piezas
simultáneamente, por lo que el volumen de producción puede aumentar en una serie de
producción, reduciendo nuevamente los costes asociados por pieza.
Este modelo tiene a su alcance un abanico más amplio de materiales a su disposición, por lo que
flexibiliza las aplicaciones a la que puede ir destinada. En esencia, se trata de una impresora
industrial para la producción a una escala razonable para una tecnología de fabricación aditiva.
Figura 7-11: Impresora de SLS “EOSINT P 760” de “EOS”.
250
“EOSINT P 760” [210]
Especificaciones técnicas
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Potencia/tipo del láser
Velocidad de construcción vertical máxima
(dependiente del material)
700 mm x 380 mm x 580 mm
0,06 – 0,18 mm
2 x 50 W / CO2
32 mm/h
Presión mínima: 6.000 hPa
Caudal mínimo: 20 m3/h
Corriente alterna
32 A
12 kW / 3,1 kW
2.250 mm x 1.550 mm x 2.100 mm
1.045 mm x 850 mm x 1.620 mm
Suministro de aire comprimido y nitrógeno
Alimentación eléctrica
Suministro de corriente
Potencia activa consumida nominal / típica
Dimensiones de la máquina
Dimensiones del terminal de control
Dimensiones del sistema de alimentación de
material en polvo
Dimensiones del terminal de
desempaquetado
Espacio de instalación recomendado
Peso de la máquina
1.890 mm x 1.350 mm x 1.550 mm
1.600 mm x 800 mm x 1.370 mm
4.800 mm x 4.800 mm x 3.000 mm
2.300 kg
Materiales y sus aplicaciones [206]
Nombre comercial
“PA 2200”
“PA 2201”
“PA 3200 GF”
“PrimeCast 101”
“PA 2105”
Descripción
Poliamida 12, de color blanco. Material
multiusos y con propiedades equilibradas;
destinado para la fabricación de piezas
funcionales.
Poliamida 12 para aplicaciones especiales.
Color natural, material multiusos para la
fabricación de piezas funcionales. Destinado
para su uso principalmente en EE. UU.
Poliamida 12 relleno con elementos de
vidrio. De color blanquecino, presenta una
alta rigidez, alta resistencia al desgaste y
buenas propiedades a altas temperaturas.
Destinado para piezas cuyas condiciones
operativas requieran de estas propiedades.
Poliestireno de color gris, que presenta una
alta precisión dimensional y poco contenido
de ceniza cuando se quema. Destinado para
la fabricación de modelos para uso en
procesos de fundición con modelo perdido
(evaporativo) y para modelado de
prototipos.
Poliamida 12 de color beige claro. Ofrece
una alta precisión dimensional y buen
acabado superficial y grado de detalle.
251
“Alumide®”
“CarbonMide®”
“PA 1101”
“PA 2210 FR”
“PrimePart® FR (PA 2241 FR)”
“PrimePart® ST (PEBA 2301)”
Principalmente destinado a aplicaciones
dentales.
Poliamida 12 con elementos de aluminio de
color gris metálico. Presenta una alta rigidez,
una conductividad térmica limitada, buenas
propiedades a altas temperaturas y permite
un fácil mecanizado y post-procesado. Su
uso se recomienda para piezas sometidas a
cargas térmicas o a aplicaciones que
requieran mecanizado o acabados metálicos.
Poliamida 12 con refuerzos de fibra de
carbono de color negro. Posee una rigidez y
resistencia extremadamente alta,
conducción térmica y eléctrica limitada y
una buena relación resistencia-peso. Se
recomienda para aplicaciones que requieran
piezas ligeras y rígidas así como un posible
sustituto de materiales metálicos.
Poliamida 11 de color natural con alta
ductilidad y resistencia a impactos. Similar
en propiedades al PA 2200. Se recomienda
para piezas sometidas a impactos.
Poliamida 12 con propiedades anti-incendios
(inhibidor de fuego) de color blanco.
Material libre de halógenos; se recomienda
para aplicaciones aeroespaciales y en el
sector eléctrico y electrónico.
Poliamida 12 con propiedades anti-incendios
(inhibidor de fuego) de color blanco. Más
económico que la opción anterior, destinado
para uso en el sector aeroespacial.
Copolímero TPE-A de bloque polieterimida
(“TPE-A Polyetheramide-Block-Copolymer”).
Polímero flexible con propiedades tipo goma
que no requiere infiltración. Se recomienda
su uso para la fabricación de dispositivos
amortiguadores, parachoques, suelas de
calzado, etc.
Precios



El precio de compra de esta impresora se encuentra a partir de los $832.000 (USD)
[211].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí.
La empresa ofrece un contrato de servicios de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-11: datos relevantes del modelo “EOSINT P 760” de “EOS”.
252

“EOSINT P 800”.
Actualmente, este es el modelo de más alta gama que la empresa comercializa en cuanto a
impresoras de sinterización de materiales poliméricos. No sólo ofrece la posibilidad de fabricar
las piezas de mayor tamaño, sino que el abanico de materiales disponibles se amplía aún más
en comparación con los modelos anteriores. Otro aspecto a destacar se trata de su elevada
temperatura durante el proceso de fabricación, alcanzándose los 385 ˚C en el lecho de polvo, lo
que permite obtener piezas termoplásticas con unas propiedades excelentes.
En concreto, “EOS” resalta el material que han nombrado “EOS PEEK HP3”, que sólo se puede
emplear en esta máquina actualmente. Se trata de un poliarileno-éter-cetona con unas
excelentes propiedades mecánicas, térmicas y anti-incendios que se puede emplear en un
amplio abanico de aplicaciones, incluidas las aeroespaciales.
Por lo tanto, esta máquina es la que se orienta a las aplicaciones industriales de fabricación más
exigentes – pero a un coste también elevado. La siguiente Figura 7-12 y Tabla 7-12 muestran
toda la información de interés sobre este modelo.
Figura 7-12: Impresora de SLS “EOSINT P 800” de “EOS”.
“EOSINT P 800” [212]
Especificaciones técnicas
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Potencia/tipo del láser
700 mm x 380 mm x 560 mm
0,12 mm
2 x 50 W / CO2
253
Velocidad de construcción vertical máxima
(dependiente del material)
7 mm/h
Presión mínima: 6.000 hPa
Caudal mínimo: 20 m3/h
Corriente alterna
32 A
12 kW / 3,7 kW
2.250 mm x 1.550 mm x 2.100 mm
1.045 mm x 850 mm x 1.620 mm
Suministro de aire comprimido y nitrógeno
Alimentación eléctrica
Suministro de corriente
Potencia activa consumida nominal / típica
Dimensiones de la máquina
Dimensiones del terminal de control
Dimensiones del sistema de alimentación de
material en polvo
Dimensiones del terminal de
desempaquetado
Espacio de instalación recomendado
Peso de la máquina
1.890 mm x 1.350 mm x 1.550 mm
1.600 mm x 800 mm x 1.370 mm
4.800 mm x 4.800 mm x 3.000 mm
2.300 kg
Materiales y sus aplicaciones [206]
Nombre comercial
“PA 2200”
“PA 2201”
“PA 3200 GF”
“PrimeCast 101”
“PA 2105”
“Alumide®”
Descripción
Poliamida 12, de color blanco. Material
multiusos y con propiedades equilibradas;
destinado para la fabricación de piezas
funcionales.
Poliamida 12 para aplicaciones especiales.
Color natural, material multiusos para la
fabricación de piezas funcionales. Destinado
para su uso principalmente en EE. UU.
Poliamida 12 relleno con elementos de
vidrio. De color blanquecino, presenta una
alta rigidez, alta resistencia al desgaste y
buenas propiedades a altas temperaturas.
Destinado para piezas cuyas condiciones
operativas requieran de estas propiedades.
Poliestireno de color gris, que presenta una
alta precisión dimensional y poco contenido
de ceniza cuando se quema. Destinado para
la fabricación de modelos para uso en
procesos de fundición con modelo perdido
(evaporativo) y para modelado de
prototipos.
Poliamida 12 de color beige claro. Ofrece
una alta precisión dimensional y buen
acabado superficial y grado de detalle.
Principalmente destinado a aplicaciones
dentales.
Poliamida 12 con elementos de aluminio de
color gris metálico. Presenta una alta rigidez,
una conductividad térmica limitada, buenas
propiedades a altas temperaturas y permite
un fácil mecanizado y post-procesado. Su
uso se recomienda para piezas sometidas a
254
“CarbonMide®”
“PA 1101”
“PA 2210 FR”
“PrimePart® FR (PA 2241 FR)”
“PrimePart® ST (PEBA 2301)”
“EOS PEEK HP3”
cargas térmicas o a aplicaciones que
requieran mecanizado o acabados metálicos.
Poliamida 12 con refuerzos de fibra de
carbono de color negro. Posee una rigidez y
resistencia extremadamente alta,
conducción térmica y eléctrica limitada y
una buena relación resistencia-peso. Se
recomienda para aplicaciones que requieran
piezas ligeras y rígidas así como un posible
sustituto de materiales metálicos.
Poliamida 11 de color natural con alta
ductilidad y resistencia a impactos. Similar
en propiedades al PA 2200. Se recomienda
para piezas sometidas a impactos.
Poliamida 12 con propiedades anti-incendios
(inhibidor de fuego) de color blanco.
Material libre de halógenos; se recomienda
para aplicaciones aeroespaciales y en el
sector eléctrico y electrónico.
Poliamida 12 con propiedades anti-incendios
(inhibidor de fuego) de color blanco. Más
económico que la opción anterior, destinado
para uso en el sector aeroespacial.
Copolímero TPE-A de bloque polieterimida
(“TPE-A Polyetheramide-Block-Copolymer”).
Polímero flexible con propiedades tipo goma
que no requiere infiltración. Se recomienda
su uso para la fabricación de dispositivos
amortiguadores, parachoques, suelas de
calzado, etc.
Poliarileno-éter-cetona de color marrónbeige. Se trata de un material de altas
exigencias con un excelente rendimiento a
altas temperaturas, resistencia y rigidez así
como resistencia química. Posee una
excelente resistencia al desgaste y es
inhibidor de fuego inherentemente. Sus
aplicaciones posibles consisten en sustituto
de materiales metálicos, para fabricación de
piezas del sector aeroespacial, del sector de
la automoción, electricidad y electrónica,
médico e industrial.
Precios

El precio de compra de esta impresora se encuentra a partir de los $1.000.000–
$1.300.000 (USD) [213], [164].
255


No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí.
La empresa ofrece un contrato de servicios de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-12: datos relevantes del modelo “EOSINT P 800” de “EOS”.
En cuanto a impresoras de materiales metálicos, “EOS” ofrece los siguientes modelos:

“EOSINT M 280”.
A diferencia de los modelos de impresoras de materiales poliméricos, el modelo de entrada de
sinterización de metales se trata de una máquina competente que se puede emplear para la
fabricación industrial directamente, aunque su selección de metales se encuentra un poco
truncada si se compara con los demás modelos superiores. Sin embargo, si se compara con la
línea de impresoras de polímeros de “EOS”, este modelo se puede considerar como
correspondiente a la gama media de impresoras por sus prestaciones y capacidad productiva.
Toda la información relevante para este modelo se encuentra recogida a continuación en la
Tabla 7-13 y Figura 7-13.
Figura 7-13: Impresora de DMLS “EOSINT M 280” de “EOS”.
256
“EOSINT M 280” [214]
Especificaciones técnicas
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Potencia/tipo del láser
Suministro de aire comprimido y nitrógeno
250 mm x 250 mm x 325 mm
20 – 60 µm
200 W / Fibra-Yb (400 W opcional)
Presión mínima: 7.000 hPa
Caudal mínimo: 20 m3/h
Corriente alterna
32 A
8,5 kW / 3,2 kW
2.200 mm x 1.070 mm x 2.290 mm
4.800 mm x 3.600 mm x 2.900 mm
1.250 kg
Alimentación eléctrica
Suministro de corriente
Potencia activa consumida nominal / típica
Dimensiones de la máquina
Espacio de instalación recomendado
Peso de la máquina
Materiales y sus aplicaciones [206], [215], [216]
Tipo
Nombre comercial
Aceros martensíticos
envejecidos
“EOS MaragingSteel MS1”
“EOS StainlessSteel GP1”
Aceros inoxidables
“EOS StainlessSteel PH1”
“EOS StainlessSteel 316L”
“EOS NickelAlloy IN718”
Aleaciones de níquel
“EOS NickelAlloy IN625”
257
Descripción y aplicaciones
Acero que responde al estándar 18
Mar 300/1.2709 para aplicaciones en
piezas mecánicas y moldes para la
fabricación de series por inyección.
Acero inoxidable que responde al
estándar 17-4/1.4542. Aplicaciones
para la fabricación de prototipos
funcionales y piezas para series de
producción; orientado hacia
necesidades de ingeniería mecánica y
tecnología médica.
Acero inoxidable endurecible que
responde al estándar 15-5/1.4540.
Aplicaciones idénticas al anterior.
Acero inoxidable que responde al
estándar 1.4404/UNS S31673. Para
uso en aplicaciones aeroespaciales
(soportes, escuadras y elementos
estructurales), aplicaciones médicas
(endoscopia y ortopedia) y otros usos
(piezas de veleros, joyería, marcos de
gafas, etc.).
Aleación también conocida
comercialmente como “Inconel™ 718”
que responde a las normas UNS
N07718, AMS 5662, mat. #2.4668.
Aplicaciones para componentes de
altas temperaturas en turbinas de gas
y piezas de producción así como
prototipos funcionales.
Aleación también conocida
comercialmente como “Inconel™ 625”
“EOS NickelAlloy HX”
Aleaciones de
cobalto-cromo
“EOS CobaltChrome MP1”
Aleaciones de titanio
“EOS Titanium Ti64”
que responde a las normas UNS N
06625, AMS 5666F, mat. #2.4856.
Mismas aplicaciones que el anterior.
Aleación de níquel que responde a la
norma UNS N06002. Se emplea para la
fabricación de componentes
sometidos a condiciones térmicas
severas donde existe gran riesgo de
corrosión, como en el interior de
cámaras de combustión, quemadores,
etc.
Superaleación que responde a las
normas UNS R31538, ASTM F75. Para
la fabricación de piezas finales y
prototipos funcionales, así como para
aplicaciones en ingeniería mecánica,
tecnología médica y en el sector
dental.
Aleación de metal ligero para empleo
para la fabricación de prototipos
funcionales y piezas de series de
producción para el sector aeroespacial
y de la automoción de altas
exigencias.
Precios



El precio de compra de esta impresora se encuentra en el rango de los $525.000–
$630.000 (USD) [217], [218].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí.
La empresa ofrece un contrato de servicios de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-13: datos relevantes del modelo “EOSINT M 280” de “EOS”.

“EOS M 290”.
El modelo “M 290” pretende ser la mejora del “M 280” en cuanto a algunos aspectos funcionales.
Ambos modelos mantienen el tamaño máximo de fabricación pero aumenta la potencia del láser,
sistema de filtrado del material en polvo y aumenta en rango de metales que se pueden procesar
al emplear esta máquina atmosfera protectora de argón además de sólo nitrógeno. Se mejora
la interfaz de usuario (se introducen pantallas táctiles) y el paquete informático para facilitar las
operaciones mientras que se optimizan algunos parámetros y se introducen mejoras para
disminuir costes operativos y hacer la fabricación de series más largas menos costoso, como
sistemas de autolimpiado de los filtros de gas.
258
Toda la información relevante se puede hallar a continuación en la Tabla 7-14 mientras que la
impresora en sí se puede visualizar en la Figura 7-14.
Figura 7-14: Impresora de DMLS “EOS M 290” de “EOS”.
“EOS M 290” [219]
Especificaciones técnicas
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Potencia/tipo del láser
Suministro de aire comprimido y nitrógeno
250 mm x 250 mm x 325 mm
20 – 60 µm
400 W / Fibra-Yb
Presión mínima: 7.000 hPa
Caudal mínimo: 20 m3/h
Corriente alterna
32 A
8,5 kW / 3,2 kW
2.500 mm x 1.300 mm x 2.190 mm
4.800 mm x 3.600 mm x 2.900 mm
1.250 kg
Alimentación eléctrica
Suministro de corriente
Potencia activa consumida nominal / típica
Dimensiones de la máquina
Espacio de instalación recomendado
Peso de la máquina
Materiales y sus aplicaciones [206], [215], [220]
Tipo
Nombre comercial
Aceros martensíticos
envejecidos
“EOS MaragingSteel MS1”
Aceros inoxidables
“EOS StainlessSteel 316L”
259
Descripción y aplicaciones
Acero que responde al estándar 18
Mar 300/1.2709 para aplicaciones en
piezas mecánicas y moldes para la
fabricación de series por inyección.
Acero inoxidable que responde al
estándar 1.4404/UNS S31673. Para
uso en aplicaciones aeroespaciales
(soportes, escuadras y elementos
“EOS NickelAlloy IN718”
Aleaciones de níquel
“EOS NickelAlloy IN625”
“EOS NickelAlloy HX”
Aleaciones de
cobalto-cromo
“EOS CobaltChrome MP1”
“EOS Titanium Ti64”
Aleaciones de titanio
“EOS Titanium Ti64ELI”
Aleaciones de
aluminio
“EOS Aluminium AlSi10Mg”
estructurales), aplicaciones médicas
(endoscopia y ortopedia) y otros usos
(piezas de veleros, joyería, marcos de
gafas, etc.).
Aleación también conocida
comercialmente como “Inconel™ 718”
que responde a las normas UNS
N07718, AMS 5662, mat. #2.4668.
Aplicaciones para componentes de
altas temperaturas en turbinas de gas
y piezas de producción así como
prototipos funcionales.
Aleación también conocida
comercialmente como “Inconel™ 625”
que responde a las normas UNS N
06625, AMS 5666F, mat. #2.4856.
Mismas aplicaciones que el anterior.
Aleación de níquel que responde a la
norma UNS N06002. Se emplea para la
fabricación de componentes
sometidos a condiciones térmicas
severas donde existe gran riesgo de
corrosión, como en el interior de
cámaras de combustión, quemadores,
etc.
Superaleación que responde a las
normas UNS R31538, ASTM F75. Para
la fabricación de piezas finales y
prototipos funcionales, así como para
aplicaciones en ingeniería mecánica,
tecnología médica y en el sector
dental.
Aleación de metal ligero para empleo
para la fabricación de prototipos
funcionales y piezas de series de
producción para el sector aeroespacial
y de la automoción de altas
exigencias.
Ídem al anterior pero con aplicaciones
para la fabricación de implantes
médicos.
Aleación ligera para la producción de
prototipos funcionales y piezas de
fabricación final para aplicaciones en
ingeniería mecánica, aeroespacial, etc.
Precios

El precio de compra de esta impresora se encuentra a partir de los $700.000 (USD)
[221].
260


No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí.
La empresa ofrece un contrato de servicios de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-14: datos relevantes del modelo “EOS M 290” de “EOS”.

“EOS M 400”.
El modelo de gama alta para la fabricación de piezas metálicas mediante la sinterización en lecho
de polvo, el “M 400” ofrece la plataforma productora para la fabricación de piezas de altas
prestaciones y de la más alta calidad que ofrece la empresa “EOS” actualmente. Se trata de una
impresora que ofrece la posibilidad de fabricar piezas metálicas de gran tamaño a la vez que se
encuentra optimizada para la realización de grandes tiradas de series de producción.
Posee todas las mejoras relevantes de los modelos anteriores en cuanto a optimizaciones para
reducir los costes de mantenimiento y por pieza para tiradas largas, como los sistemas de
autolimpieza de los filtros del sistema de alimentación de material y gas. Así mismo, dispone del
rango completo de materiales metálicos.
Obviamente, con todas las prestaciones que ofrece, también presenta el precio más elevado de
compra. Toda la información disponible se encuentra a continuación en la Tabla 7-15.
Figura 7-15: Impresora de DMLS “EOS M 400” de “EOS”.
“EOS M 400” [222]
Especificaciones técnicas
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Potencia/tipo del láser
Suministro de aire comprimido y nitrógeno
400 mm x 400 mm x 400 mm
20 – 40 µm
1 kW / Fibra-Yb
Presión mínima: 7.000 hPa
Caudal mínimo: 20 m3/h
261
Alimentación eléctrica
Suministro de corriente
Potencia activa consumida nominal / típica
Dimensiones de la máquina
Espacio de instalación recomendado
Peso de la máquina
Corriente alterna
50 A
20,2 kW / 16,2 kW
4.181 mm x 1.613 mm x 2.355 mm
6.500 mm x 6.000 mm x 3.300 mm
4.635 kg
Materiales y sus aplicaciones [206], [215]
Tipo
Nombre comercial
Aceros martensíticos
envejecidos
“EOS MaragingSteel MS1”
“EOS StainlessSteel GP1”
Aceros inoxidables
“EOS StainlessSteel PH1”
“EOS StainlessSteel 316L”
“EOS NickelAlloy IN718”
Aleaciones de níquel
“EOS NickelAlloy IN625”
“EOS NickelAlloy HX”
262
Descripción y aplicaciones
Acero que responde al estándar 18
Mar 300/1.2709 para aplicaciones en
piezas mecánicas y moldes para la
fabricación de series por inyección.
Acero inoxidable que responde al
estándar 17-4/1.4542. Aplicaciones
para la fabricación de prototipos
funcionales y piezas para series de
producción; orientado hacia
necesidades de ingeniería mecánica y
tecnología médica.
Acero inoxidable endurecible que
responde al estándar 15-5/1.4540.
Aplicaciones idénticas al anterior.
Acero inoxidable que responde al
estándar 1.4404/UNS S31673. Para
uso en aplicaciones aeroespaciales
(soportes, escuadras y elementos
estructurales), aplicaciones médicas
(endoscopia y ortopedia) y otros usos
(piezas de veleros, joyería, marcos de
gafas, etc.).
Aleación también conocida
comercialmente como “Inconel™ 718”
que responde a las normas UNS
N07718, AMS 5662, mat. #2.4668.
Aplicaciones para componentes de
altas temperaturas en turbinas de gas
y piezas de producción así como
prototipos funcionales.
Aleación también conocida
comercialmente como “Inconel™ 625”
que responde a las normas UNS N
06625, AMS 5666F, mat. #2.4856.
Mismas aplicaciones que el anterior.
Aleación de níquel que responde a la
norma UNS N06002. Se emplea para la
fabricación de componentes
sometidos a condiciones térmicas
severas donde existe gran riesgo de
corrosión, como en el interior de
“EOS CobaltChrome MP1”
Aleaciones de
cobalto-cromo
“EOS CobaltChrome SP2”
“EOS Titanium Ti64”
Aleaciones de titanio
“EOS Titanium Ti64ELI”
Aleaciones de
aluminio
“EOS Aluminium AlSi10Mg”
cámaras de combustión, quemadores,
etc.
Superaleación que responde a las
normas UNS R31538, ASTM F75. Para
la fabricación de piezas finales y
prototipos funcionales, así como para
aplicaciones en ingeniería mecánica,
tecnología médica y en el sector
dental.
Superaleación de cobalto-cromo para
uso principalmente en restauraciones
dentales (producción de series).
Aleación de metal ligero para empleo
para la fabricación de prototipos
funcionales y piezas de series de
producción para el sector aeroespacial
y de la automoción de altas
exigencias.
Ídem al anterior pero con aplicaciones
para la fabricación de implantes
médicos.
Aleación ligera para la producción de
prototipos funcionales y piezas de
fabricación final para aplicaciones en
ingeniería mecánica, aeroespacial, etc.
Precios



El precio de compra de esta impresora se encuentra a partir de los $1.500.000 (USD)
[223].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí.
La empresa ofrece un contrato de servicios de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-15: datos relevantes del modelo “EOS M 400” de “EOS”.
Como se ha podido comprobar tras el estudio de los modelos que ofrece “EOS”, la compañía no
ofrece ninguna máquina o solución para fabricar piezas empleando materiales cerámicos, a
diferencia de las de “3D Systems”, que lo permiten en algunos modelos.
Además de los modelos aquí presentados, existe la impresora “PRECIOUS M 080” [224]
diseñada específicamente para fabricar piezas a partir de metales preciosos, tales como oro,
plata y cobre. El tamaño y prestaciones de esta impresora son mucho menores que la de los
demás modelos que imprimen metales, ya que se encuentra enfocada principalmente a la
producción de joyería, relojería y arte, por lo que se ha estimado que su estudio en profundidad
no está justificado. El precio de esta impresora se encuentra en torno a los $260.000 (USD) [218];
más información sobre sus materiales se puede encontrar en [225] y [226] mientras que una
información más detallada sobre el rendimiento de esta impresora así como los productos que
puede llegar a fabricar se encuentran en [227].
263
7.3. Anexo 3. Modelos de “ConceptLaser”.

“M1 Cusing”.
El modelo de entrada de “ConceptLaser”, es una máquina de fusión en lecho de polvo que se
encuentra en desventaja frente a otros modelos por el tamaño reducido de fabricación de piezas
frente a las dimensiones de la máquina en sí. Según la empresa, es una impresora ideada para
la fabricación de piezas y componentes pequeños o medianos de alta calidad, de precisión y con
buenos acabados superficiales. Dispone de una gran selección de materiales a pesar de ser un
modelo de entrada, aunque no dispone de opciones para aleaciones de titanio o aluminio.
Figura 7-16: Impresora de SLM “M1 Cusing” de “ConceptLaser”.
“M1 Cusing” [229], [230]
Especificaciones técnicas
250 x 250 x 250 mm3
20 – 80 µm
2 – 10 cm3/h (dep. de material)
200 W / Fibra (400 W opcional)
Presión mínima: 5 bar
Caudal mínimo: 1 L/min
Corriente alterna
Sistema trifásico
32 A
400 V
7,4 kW
2.362 mm x 1.535 mm x 2.308 mm
680 mm x 1.400 mm x 650 mm
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Velocidad de construcción volumétrica
Potencia/tipo del láser
Suministro de aire comprimido y nitrógeno
Alimentación eléctrica
Suministro de corriente
Voltaje
Potencia activa consumida
Dimensiones de la máquina
Dimensiones de carro de guantera
264
Peso de la máquina
Rango de temperaturas ambiente operativas
1.500 kg
15 – 35 ˚C
Materiales y aplicaciones [230]
Tipo
Nombre comercial
“CL 20ES”
Aceros y aceros
inoxidables
“CL 91RW”
“CL 50Ws”
Aleaciones de
cobalto-cromo
“Remanium® star CL”
“CL 110CoCr F75”
Aleaciones de níquel
Descripción y Aplicaciones
Acero inoxidable austenítico conforme
al estándar 1.4404, también conocido
bajo el nombre de grado 316L, para la
fabricación de piezas funcionales y
componentes para moldes de preproducción.
Acero inoxidable de alta dureza con
alto contenido de cromo. Para la
fabricación de componentes de
herramientas o moldes.
Acero martensítico envejecido
conforme al estándar 1.2709. Usado
principalmente para la fabricación de
moldes y para piezas que requieren
alta dureza y resistencia.
Aleación de 61% Co y 28% Cr para
aplicaciones en la fabricación de
prostéticos para las industrias médicas
y dentales.
Aleación de cobalto cromo para la
fabricación de implantes y prostéticos.
Aleación de níquel también conocida
bajo el nombre de “Inconel 718”. Para
aplicaciones de muy alta temperatura.
“CL 100NB”
Precios



El precio de compra de esta impresora se encuentra a partir de los $360.000 (USD)
[231].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí; el fabricante es el encargado de su suministro.
La empresa ofrece un contrato de servicios de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-16: datos relevantes del modelo “M1 Cusing” de “ConceptLaser”.
265

“M2 Cusing” y “M2 Cusing Multilaser”.
Modelo fabricado según las guías “ATEX” por lo que se hace posible que este modelo de
impresora pueda ser capaz de procesar aleaciones de aluminio y titanio de forma segura.
Dispone de atmósfera protectora libre de oxígeno y se ha diseñado para un uso continuo e
intensivo. Sin embargo, el tamaño máximo de las piezas no aumenta de manera considerable en
comparación con el modelo anterior.
El variante del “M2”, el “Multilaser” simplemente corresponde al mismo modelo pero con dos
láseres de 200 W (o de 400 W, opcionalmente) que permiten la fabricación de más de una pieza
de forma paralela. Sin embargo, debido al limitado espacio de fabricación esta opción sólo sería
viable para la fabricación paralela de varias piezas pequeñas o muy pequeñas. Debido a esto,
sólo se estudiará en profundidad el modelo base, el “M2 Cusing” a continuación.
Figura 7-17: Impresora de SLM “M2 Cusing” de “ConceptLaser”.
“M2 Cusing” [229], [232]
Especificaciones técnicas
250 x 250 x 280 mm3
20 – 80 µm
3
2 – 3 cm /h (dep. de material)
200 W / Fibra (400 W opcional)
Presión mínima: 5 bar
Caudal mínimo: 1 L/min
Corriente alterna
Sistema trifásico
32 A
400 V
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Velocidad de construcción volumétrica
Potencia/tipo del láser
Suministro de aire comprimido y nitrógeno
Alimentación eléctrica
Suministro de corriente
Voltaje
266
Potencia activa consumida
Dimensiones de la máquina
Peso de la máquina
Rango de temperaturas ambiente operativas
7,4 kW
2.440 mm x 1.630 mm x 2.354 mm
2.000 kg
15 – 35 ˚C
Materiales y aplicaciones [232]
Tipo
Nombre comercial
“CL 20ES”
Aceros y aceros
inoxidables
“CL 91RW”
“CL 50Ws”
Aleaciones de
cobalto-cromo
“Remanium® star CL”
“CL 110CoCr F75”
Aleaciones de níquel
Aleaciones de
aluminio
Descripción y Aplicaciones
Acero inoxidable austenítico conforme
al estándar 1.4404, también conocido
bajo el nombre de grado 316L, para la
fabricación de piezas funcionales y
componentes para moldes de preproducción.
Acero inoxidable de alta dureza con
alto contenido de cromo. Para la
fabricación de componentes de
herramientas o moldes.
Acero martensítico envejecido
conforme al estándar 1.2709. Usado
principalmente para la fabricación de
moldes y para piezas que requieren
alta dureza y resistencia.
Aleación de 61% Co y 28% Cr para
aplicaciones en la fabricación de
prostéticos para las industrias médicas
y dentales.
Aleación de cobalto cromo para la
fabricación de implantes y prostéticos.
Aleación de níquel también conocida
bajo el nombre de “Inconel 718”. Para
aplicaciones de muy alta temperatura.
“CL 100NB”
Aleación de aluminio según el
estándar DIN EN 1706 AlSi12(a)
comúnmente empleado para la
fabricación de piezas de peso reducido
en las industrias aeroespaciales y de la
automoción.
Aleación de titanio correspondiente al
TiAl6V4. Para uso en la industria
aeroespacial, de la automoción y
médica.
Aleación de titanio correspondiente al
variante TiAl6V4 ELI. Principalmente
usado en la industria médica para la
fabricación de prótesis.
“CL 30AL”
“40TI CL”
Aleaciones de titanio
“40TI CL ELI”
267
“Remanium® CL Titanium”
Aleación de titanio usado
principalmente para la fabricación de
prótesis dentales.
Precios



El precio de compra de esta impresora se encuentra a partir de los $455.000 (USD)
[233].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí; el fabricante es el encargado de su suministro.
La empresa ofrece un contrato de servicios de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-17: datos relevantes del modelo “M2 Cusing” de “ConceptLaser”.

“X Line 1000R”.
Se trata de la impresora de la tecnología de fusión de metales en lecho de polvo (“SLM”) más
grande del mundo actualmente en cuanto a dimensiones de la máquina en sí y en las
dimensiones máximas de las piezas que puede fabricar; actualmente es el modelo de más alta
gama que ofrece la empresa. Construida para la fabricación de piezas de hasta una tonelada en
titanio, está orientada hacia las industrias aeroespacial y de automoción, principalmente.
Contiene dos módulos de construcción que se pueden emplear para una fabricación continua,
pues finalizada la fabricación en una de ellas, se desplaza dicho módulo y el otro entra en la
cámara constructiva para que se inicie la nueva fabricación inmediatamente. Dispone de un
sistema completamente automático para la reposición del material en polvo a la cámara
constructiva, de nuevo reduciendo los tiempos de espera para la fabricación y disminuyendo la
necesidad de mano de obra durante el proceso por parte de los operarios.
Actualmente sólo se han vendido dos, una para la compañía de automóviles “Daimler-Benz” y
otra para la Universidad de Monash, en Australia.
268
Figura 7-18: Impresora de SLM “X Line 1000R” de “ConceptLaser”.
“X Line 1000R” [229], [234]
Especificaciones técnicas
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Velocidad de construcción volumétrica
Sistema térmico
Potencia/tipo del láser
Suministro de aire comprimido y nitrógeno/argón
Alimentación eléctrica
Suministro de corriente
Voltaje
Potencia activa consumida
Dimensiones de la máquina
Peso de la máquina
Rango de temperaturas ambiente operativas
630 x 400 x 500 mm3
30 – 200 µm
10 – 100 cm3/h (dep. de material)
Temperatura máxima: 200 ˚C
Potencia máxima: 9 kW
1 kW / Fibra
Presión mínima: 5 bar
Caudal mínimo: 17 – 34 L/min
Corriente alterna
Sistema trifásico
63 A
400 V
13 kW
4.415 mm x 3.070 mm x 4.500 mm
8.000 kg
15 – 30 ˚C
Materiales y aplicaciones [232]
Tipo
Aceros y aceros
inoxidables
Nombre comercial
Descripción y Aplicaciones
“CL 20ES”
Acero inoxidable austenítico conforme
al estándar 1.4404, también conocido
bajo el nombre de grado 316L, para la
fabricación de piezas funcionales y
269
“CL 91RW”
“CL 50Ws”
Aleaciones de
cobalto-cromo
“Remanium® star CL”
“CL 110CoCr F75”
Aleaciones de níquel
Aleaciones de
aluminio
Aleación de níquel también conocida
bajo el nombre de “Inconel 718”. Para
aplicaciones de muy alta temperatura.
“CL 100NB”
“CL 30AL”
“40TI CL”
Aleaciones de titanio
componentes para moldes de preproducción.
Acero inoxidable de alta dureza con
alto contenido de cromo. Para la
fabricación de componentes de
herramientas o moldes.
Acero martensítico envejecido
conforme al estándar 1.2709. Usado
principalmente para la fabricación de
moldes y para piezas que requieren
alta dureza y resistencia.
Aleación de 61% Co y 28% Cr para
aplicaciones en la fabricación de
prostéticos para las industrias médicas
y dentales.
Aleación de cobalto cromo para la
fabricación de implantes y prostéticos.
“40TI CL ELI”
“Remanium® CL Titanium”
Aleación de aluminio según el
estándar DIN EN 1706 AlSi12(a)
comúnmente empleado para la
fabricación de piezas de peso reducido
en las industrias aeroespaciales y de la
automoción.
Aleación de titanio correspondiente al
TiAl6V4. Para uso en la industria
aeroespacial, de la automoción y
médica.
Aleación de titanio correspondiente al
variante TiAl6V4 ELI. Principalmente
usado en la industria médica para la
fabricación de prótesis.
Aleación de titanio usado
principalmente para la fabricación de
prótesis dentales.
Precios



El precio de compra de esta impresora se encuentra en el rango de los $1.000.000 $1.775.000 (USD) [235], [236].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí; el fabricante es el encargado de su suministro.
La empresa ofrece un contrato de servicios de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-18: datos relevantes del modelo “X Line 1000R” de “ConceptLaser”.
270
7.4. Anexo 4. Modelos de “SLM”.

“SLM 125 HL”.
El modelo de entrada de “SLM Solutions”, el “SLM 125 HL” ofrece una solución para la
fabricación de piezas y componentes de tamaño reducido. El menor tamaño de la máquina en
sí también es una baza a su favor, sobre todo al considerar que necesita menos cantidad de
polvo metálico y gas inerte para realizar cada operación. Este modelo ofrece una plataforma
software de código abierto, por lo que se puede instalar a discreción del cliente cualquier
sistema operativo o programa de control. Así mismo, ofrece unas velocidades constructivas de
hasta 15 cm3/h empleando el láser opcional de 200 W, una de las mayores comparada con los
demás modelos similares de otros fabricantes. Adicionalmente, puede procesar una gran
cantidad de aleaciones metálicas, a excepción de las de aluminio; es curioso resaltar que esta
empresa no emplea nombres comerciales para designar a los materiales que se emplean en sus
máquinas, con algunas excepciones.
A continuación se presenta la información relevante sobre este modelo.
Figura 7-19: Impresora de SLM “SLM 125 HL” de “SLM Solutions”.
271
“SLM 125 HL” [237]
Especificaciones técnicas
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Velocidad de construcción volumétrica
Potencia/tipo del láser
Suministro de aire comprimido y nitrógeno/argón
Alimentación eléctrica
Suministro de corriente
Voltaje
Potencia activa consumida
Dimensiones de la máquina
Peso de la máquina
125 x 125 x 75 mm3
20 – 40 µm
15 cm3/h
100 W / Fibra (200 W opcional)
Presión mínima: 1,5 bar
Caudal mínimo: 0,5 L/min
Corriente alterna
Sistema trifásico
32 A
400 V
4 kW
1.350 mm x 1.900 mm x 800 mm
700 kg
Materiales y aplicaciones [238]
Tipo
Nombre
Descripción y Aplicaciones
1.4540 (15-5PH)
1.4404 (316L)
Aceros y aceros
inoxidables
1.2344 (H13)
1.2709
Aleaciones de
cobalto-cromo
CoCr (F75)
272
Acero inoxidable con elevada
resistencia a la corrosión y buenas
propiedades mecánicas,
especialmente empleado para la
fabricación de componentes en la
industria médica, aeroespacial y otros
campos donde se requieran estas
propiedades.
Acero inoxidable austenítico conforme
al estándar 1.4404, también conocido
bajo el nombre de grado 316L, para la
fabricación de piezas funcionales y
componentes para moldes de preproducción.
Acero con buenas propiedades a
temperaturas elevadas y alta
resistencia al desgaste. Empleado para
la fabricación de moldes para
procesos de fundición e inyección de
termoplásticos.
Acero martensítico envejecido
conforme al estándar 1.2709. Usado
principalmente para la fabricación de
moldes y para piezas que requieren
alta dureza y resistencia.
Aleación de cobalto cromo para la
fabricación de implantes y prótesis
dentales.
Superaleación de níquel que permite
excelentes propiedades mecánicas y
de resistencia a la fatiga y corrosión
petroquímica a temperaturas de hasta
los 1.200 ˚C. Empleado principalmente
en elementos de las cámaras de
combustión de los aerorreactores.
Típica aleación de níquel con buenas
propiedades mecánicas y de
resistencia a la corrosión a altas
temperaturas, con aplicaciones en la
industria aeroespacial, marina,
química y nuclear.
De nuevo otra típica aleación de
níquel que, con propiedades y
aplicaciones similares al “625”,
permite y facilita la soldadura.
Aleación de níquel con aplicaciones a
altas temperaturas y resistencia a la
corrosión especialmente diseñada
para ofrecer las mejores propiedades
frente a la soldadura.
Típica aleación de titanio de
aplicaciones para el sector
aeroespacial y médico, entre otros.
Presenta buenas propiedades de
fatiga en ambientes húmedos.
Aleación de titanio empleada
especialmente en la fabricación de
implantes médicos.
Empleado en la fabricación de
elementos intercambiadores de calor,
tuberías resistentes a la corrosión y
para aplicaciones médicas.
“Hastelloy X”
“Inconel 625”
Aleaciones de níquel
“Inconel 718”
“Inconel 939”
TiAl6V4
Aleaciones de titanio
TiAl6Nb7
Titanio puro
Precios



El precio de compra de esta impresora se encuentra a partir de los $200.000 (USD)
[239].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí; el fabricante es el encargado de su suministro.
La empresa ofrece un contrato de servicios de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-19: datos relevantes del modelo “SLM 125 HL” de “SLM Solutions”.
273

“SLM 280 HL”.
El modelo de gama media-alta que ofrece la empresa se trata del “SLM 280 HL”. Presenta una
mejora en cuanto a dimensiones de fabricación máximas y un sistema de doble láser para
permitir una fabricación paralela de varias piezas o la fabricación más rápida de una sola. A su
vez, permite la instalación de hasta dos láseres adicionales opcionales, aumentando aún más el
rendimiento y reduciendo el tiempo de fabricación. Puede procesar todos los materiales que el
modelo anterior con la adición de aleaciones de aluminio. Toda la información relevante a este
modelo se puede encontrar a continuación.
Figura 7-20: Impresora de SLM “SLM 280 HL” de “SLM Solutions”.
“SLM 280 HL” [240]
Especificaciones técnicas
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Velocidad de construcción volumétrica
Potencia/tipo del láser
Suministro de aire comprimido y nitrógeno/argón
Alimentación eléctrica
Suministro de corriente
Voltaje
274
280 x 280 x 350 mm3
20 – 100 µm
20 – 35 cm3/h
400 W + 1 kW / Fibra (2 x 400 W
adicionales opcional)
Presión mínima: 1,5 bar
Caudal mínimo: 2,5 L/min
Corriente alterna
Sistema trifásico
32 A
400 V
Potencia activa consumida
Dimensiones de la máquina
Peso de la máquina
8 kW
1.800 mm x 1.900 mm x 1.000 mm
1.000 kg
Materiales y aplicaciones [238]
Tipo
Nombre
Descripción y Aplicaciones
1.4540 (15-5PH)
1.4404 (316L)
Aceros y aceros
inoxidables
1.2344 (H13)
1.2709
Aleaciones de
cobalto-cromo
CoCr (F75)
“Hastelloy X”
Aleaciones de níquel
“Inconel 625”
275
Acero inoxidable con elevada
resistencia a la corrosión y buenas
propiedades mecánicas,
especialmente empleado para la
fabricación de componentes en la
industria médica, aeroespacial y otros
campos donde se requieran estas
propiedades.
Acero inoxidable austenítico conforme
al estándar 1.4404, también conocido
bajo el nombre de grado 316L, para la
fabricación de piezas funcionales y
componentes para moldes de preproducción.
Acero con buenas propiedades a
temperaturas elevadas y alta
resistencia al desgaste. Empleado para
la fabricación de moldes para
procesos de fundición e inyección de
termoplásticos.
Acero martensítico envejecido
conforme al estándar 1.2709. Usado
principalmente para la fabricación de
moldes y para piezas que requieren
alta dureza y resistencia.
Aleación de cobalto cromo para la
fabricación de implantes y prótesis
dentales.
Superaleación de níquel que permite
excelentes propiedades mecánicas y
de resistencia a la fatiga y corrosión
petroquímica a temperaturas de hasta
los 1.200 ˚C. Empleado principalmente
en elementos de las cámaras de
combustión de los aerorreactores.
Típica aleación de níquel con buenas
propiedades mecánicas y de
resistencia a la corrosión a altas
temperaturas, con aplicaciones en la
industria aeroespacial, marina,
química y nuclear.
De nuevo otra típica aleación de
níquel que, con propiedades y
aplicaciones similares al “625”,
permite y facilita la soldadura.
Aleación de níquel con aplicaciones a
altas temperaturas y resistencia a la
corrosión especialmente diseñada
para ofrecer las mejores propiedades
frente a la soldadura.
Típica aleación de titanio de
aplicaciones para el sector
aeroespacial y médico, entre otros.
Presenta buenas propiedades de
fatiga en ambientes húmedos.
Aleación de titanio empleada
especialmente en la fabricación de
implantes médicos.
Empleado en la fabricación de
elementos intercambiadores de calor,
tuberías resistentes a la corrosión y
para aplicaciones médicas.
Aleación de aluminio con alto
contenido de sílice, empleado
principalmente para aplicaciones a
alta temperatura (hasta los 500 ˚C) y
aplicaciones a altas presiones.
Presentan resistencias medias pero
buen comportamiento frente a la
corrosión.
Aleación ligera para la producción de
prototipos funcionales y piezas de
fabricación final para aplicaciones en
ingeniería mecánica, aeroespacial, etc.
Aleación de aluminio empleada
principalmente en la fabricación de
moldes.
“Inconel 718”
“Inconel 939”
TiAl6V4
Aleaciones de titanio
TiAl6Nb7
Titanio puro
AlSi12
Aleaciones de
aluminio
AlSi10Mg
AlSi7Mg
Precios



El precio de compra de esta impresora se encuentra a partir de los $400.000 (USD)
[241].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí; el fabricante es el encargado de su suministro.
La empresa ofrece un contrato de servicios de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-20: datos relevantes del modelo “SLM 280 HL” de “SLM Solutions”.
276

“SLM 500 HL”.
Modelo de alta gama de la empresa “SLM Solutions”. En esencia, es una mejora sobre el modelo
anterior en cuanto a tamaño máximo constructivo y amplía en la tecnología de multi-láseres que
ya presentaba el modelo anterior. La selección de metales sigue siendo la misma, así como los
requerimientos eléctricos. Toda la información relevante se halla a continuación.
Figura 7-21: Impresora de SLM “SLM 500 HL” de “SLM Solutions”.
“SLM 500 HL” [242]
Especificaciones técnicas
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Velocidad de construcción volumétrica
Potencia/tipo del láser
Suministro de aire comprimido y nitrógeno/argón
Alimentación eléctrica
Suministro de corriente
Voltaje
Potencia activa consumida
Dimensiones de la máquina
Peso de la máquina
277
500 x 280 x 325 mm3
20 – 200 µm
70 cm3/h
2 x 400 W / Fibra (2 x 1 kW adicionales
opcional)
Presión mínima: 1,5 bar
Caudal mínimo: 5 L/min
Corriente alterna
Sistema trifásico
32 A
400 V
8 kW
3.000 mm x 2.000 mm x 1.100 mm
2.000 kg
Materiales y aplicaciones [238]
Tipo
Nombre
Descripción y Aplicaciones
1.4540 (15-5PH)
1.4404 (316L)
Aceros y aceros
inoxidables
1.2344 (H13)
1.2709
Aleaciones de
cobalto-cromo
CoCr (F75)
“Hastelloy X”
Aleaciones de níquel
“Inconel 625”
“Inconel 718”
278
Acero inoxidable con elevada
resistencia a la corrosión y buenas
propiedades mecánicas,
especialmente empleado para la
fabricación de componentes en la
industria médica, aeroespacial y otros
campos donde se requieran estas
propiedades.
Acero inoxidable austenítico conforme
al estándar 1.4404, también conocido
bajo el nombre de grado 316L, para la
fabricación de piezas funcionales y
componentes para moldes de preproducción.
Acero con buenas propiedades a
temperaturas elevadas y alta
resistencia al desgaste. Empleado para
la fabricación de moldes para
procesos de fundición e inyección de
termoplásticos.
Acero martensítico envejecido
conforme al estándar 1.2709. Usado
principalmente para la fabricación de
moldes y para piezas que requieren
alta dureza y resistencia.
Aleación de cobalto cromo para la
fabricación de implantes y prótesis
dentales.
Superaleación de níquel que permite
excelentes propiedades mecánicas y
de resistencia a la fatiga y corrosión
petroquímica a temperaturas de hasta
los 1.200 ˚C. Empleado principalmente
en elementos de las cámaras de
combustión de los aerorreactores.
Típica aleación de níquel con buenas
propiedades mecánicas y de
resistencia a la corrosión a altas
temperaturas, con aplicaciones en la
industria aeroespacial, marina,
química y nuclear.
De nuevo otra típica aleación de
níquel que, con propiedades y
aplicaciones similares al “625”,
permite y facilita la soldadura.
Aleación de níquel con aplicaciones a
altas temperaturas y resistencia a la
corrosión especialmente diseñado
para ofrecer las mejores propiedades
frente a la soldadura.
Típica aleación de titanio de
aplicaciones para el sector
aeroespacial y médico, entre otros.
Presenta buenas propiedades de
fatiga en ambientes húmedos.
Aleación de titanio empleada
especialmente en la fabricación de
implantes médicos.
Empleado en la fabricación de
elementos intercambiadores de calor,
tuberías resistentes a la corrosión y
para aplicaciones médicas.
Aleación de aluminio con alto
contenido de sílice, empleado
principalmente para aplicaciones a
alta temperatura (hasta los 500 ˚C) y
aplicaciones a altas presiones.
Presentan resistencias medias pero
buen comportamiento frente a la
corrosión.
Aleación ligera para la producción de
prototipos funcionales y piezas de
fabricación final para aplicaciones en
ingeniería mecánica, aeroespacial, etc.
Aleación de aluminio empleada
principalmente en la fabricación de
moldes.
“Inconel 939”
TiAl6V4
Aleaciones de titanio
TiAl6Nb7
Titanio puro
AlSi12
Aleaciones de
aluminio
AlSi10Mg
AlSi7Mg
Precios



El precio de compra de esta impresora se encuentra a partir de los $500.000 (USD)
[243].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí; el fabricante es el encargado de su suministro.
La empresa ofrece un contrato de servicios de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-21: datos relevantes del modelo “SLM 500 HL” de “SLM Solutions”.
279
7.5. Anexo 5. Modelos de “ReaLizer”.

“SLM 50”.
El modelo de entrada, el “SLM 50” se hace notable por ser la impresora 3D de fusión de metales
en lecho de polvo más pequeña del mundo. Sin embargo, su tamaño reducido no implica una
disminución en la calidad de la máquina en sí ni en la calidad de las piezas que puede llegar a
fabricar. Sus aplicaciones fundamentales se limitan a la fabricación de prótesis dentales de
cobalto-cromo así como joyería, aunque puede fabricar piezas de tamaño reducido de acero.
Aunque su relevancia para el sector aeroespacial quizá pueda ser escaso, su notoriedad como
impresora justifica su estudio aquí, pues da una idea sobre el lado opuesto de la escala de
tamaños disponibles actualmente. Toda la información relevante se encuentra a continuación.
Figura 7-22: Impresora de SLM “SLM 50” de “ReaLizer”.
280
“SLM 50” [244]
Especificaciones técnicas
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Potencia/tipo del láser
Ø 70 mm x 40 mm (altura)
20 – 50 µm
120 W / Fibra
Corriente alterna
Sistema monofásico
16 A
230 V
50/60 Hz
1 kW
30 L/h
800 x 700 x 500 mm3
80 kg
Alimentación eléctrica
Corriente
Voltaje
Frecuencia
Potencia activa
Consumo de argón
Dimensiones de la máquina
Peso de la máquina
Materiales
Tipo
Metales
Desglose
Acero inoxidable 316L
Aleaciones de cobalto-cromo
Aleaciones de oro
Aplicaciones




Aplicaciones en la fabricación de piezas de tamaño reducido de acero.
Tareas de investigación y desarrollo con los metales mencionados.
Aplicaciones dentales.
Aplicaciones en la fabricación de joyas y arte.
Precios



El precio de compra de esta impresora se encuentra a partir de los $162.340 (USD)
[245].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí; el fabricante es el encargado de su suministro.
La empresa ofrece un contrato de servicios de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-22: datos relevantes del modelo “SLM 50” de “ReaLizer”.
281

“SLM 100”.
Máquina especialmente diseñada para su empleo en laboratorios o entornos similares en la
industria, presenta una gran variedad de metales que puede procesar. Según la empresa, está
desarrollando materiales cerámicos para uso en este modelo, aunque aún no se encuentran
disponibles. El tamaño reducido pero alto de la máquina permite un mayor enfoque del láser
por lo que se pueden fabricar piezas con acabados superficiales y detalles finos. Se puede
emplear para la fabricación de pequeñas piezas de gran precisión a escala industrial o para
tareas de I+D.
Figura 7-23: Impresora de SLM “SLM 100” de “ReaLizer”.
“SLM 100” [246]
Especificaciones técnicas
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Potencia/tipo del láser
125 mm x 125 mm x 200 mm
20 – 100 µm
200 W / Fibra
Corriente alterna
Sistema trifásico
16 A
400 V
50/60 Hz
1,5 kW
Alimentación eléctrica
Corriente
Voltaje
Frecuencia
Potencia activa
282
Consumo de argón
Dimensiones de la máquina
Peso de la máquina
35 L/h
900 x 800 x 2.400 mm3
500 kg
Materiales
Tipo
Metales
Desglose
Acero inoxidable 316L
Acero de herramienta H 13
Aleaciones de cobalto-cromo
Aleaciones de níquel “Inconel”
Aleaciones de titanio
Aleaciones de aluminio
Aleaciones de oro
Aplicaciones




Aplicaciones en la fabricación de piezas de tamaño reducido y gran precisión para los
sectores aeroespaciales, de la automoción, etc.
Tareas de investigación y desarrollo con los metales mencionados.
Aplicaciones dentales y médicas.
Aplicaciones en la fabricación de joyas y arte.
Precios



El precio de compra de esta impresora se encuentra a partir de los $255.000 (USD)
[247].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí; el fabricante es el encargado de su suministro.
La empresa ofrece un contrato de servicios de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-23: datos relevantes del modelo “SLM 100” de “ReaLizer”.

“SLM 125”.
Este modelo no se puede estudiar con el mismo detalle que los anteriores pues no se encontrará
disponible hasta mayo de 2015. Sin embargo, la empresa ha facilitado alguna información sobre
esta impresora, que se puede encontrar en [248] y [249]; cabe destacar que es un modelo que
mejora sobre el “SLM 100” en cuanto a potencia de láser (400 W) y en la inclusión de un sistema
integrado de reciclado de polvo metálico. Mantiene las dimensiones máximas constructivas de
125 mm x 125 mm x 200 mm, por lo que se considera un modelo de actualización del “SLM 100”
con la posible intención de desfasarlo.
A continuación se encuentra una fotografía de dicha impresora en la Figura 7-24.
283
Figura 7-24: Impresora de SLM “SLM 125” de “ReaLizer”.

“SLM 250”.
El modelo de más alta gama que ofrece la empresa “ReaLizer”, el “SLM 250” fue diseñado para
ser un sistema multiusos. Se adapta bien a entornos industriales de producción como a
laboratorios. Mejora en cuanto a tamaño máximo constructivo respecto a los modelos
anteriores y dispone de una gran selección de metales disponibles. A continuación se halla toda
la información relevante sobre este modelo.
Figura 7-25: Impresora de SLM “SLM 250” de “ReaLizer”.
284
“SLM 250” [250]
Especificaciones técnicas
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Potencia/tipo del láser
250 mm x 250 mm x 300 mm
20 – 100 µm
400 W / Fibra (600 W opcional)
Corriente alterna
Sistema trifásico
16 A
400 V
50/60 Hz
2,5 kW
70 L/h
1.800 x 1.000 x 2.200 mm3
800 kg
Alimentación eléctrica
Corriente
Voltaje
Frecuencia
Potencia activa
Consumo de argón
Dimensiones de la máquina
Peso de la máquina
Materiales
Tipo
Metales
Desglose
Acero inoxidable 316L
Acero de herramienta H 13
Aleaciones de cobalto-cromo
Aleaciones de níquel “Inconel”
Aleaciones de titanio
Aleaciones de aluminio
Aleaciones de oro
Aplicaciones




Aplicaciones en la fabricación de piezas de tamaño reducido y gran precisión para los
sectores aeroespacial, de la automoción, etc.
Tareas de investigación y desarrollo con los metales mencionados.
Aplicaciones dentales y médicas.
Aplicaciones en la fabricación de joyas y arte.
Precios



El precio de compra de esta impresora se encuentra a partir de los $390.000 (USD)
[251].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí; el fabricante es el encargado de su suministro.
La empresa ofrece un contrato de servicios de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-24: datos relevantes del modelo “SLM 250” de “ReaLizer”.
285
7.6. Anexo 6. Modelos de “Renishaw”.

“AM250”.
Figura 7-26: Impresora de SLM “AM250” de “Renishaw”.
“AM250” [252]
Especificaciones técnicas
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Velocidad de construcción volumétrica
Potencia/tipo del láser
250 mm x 250 mm x 360 mm
20 – 100 µm
5 – 20 cm3/h
200 W / Fibra (400 W opcional)
Corriente alterna
Sistema monofásico
16 A
230 V
Alimentación eléctrica
Corriente
Voltaje
286
Frecuencia
Potencia activa
Consumo de argón
Dimensiones de la máquina
Peso de la máquina
50/60 Hz
2,5 kW
70 L/h
1.700 x 800 x 2.025 mm3
1.225 kg
Materiales
Tipo
Metales
Desglose
Acero inoxidable 316L
Acero inoxidable 17-4PH
Aleación de cobalto-cromo ASTM 75
Aleación de níquel “Inconel 625”
Aleación de níquel “Inconel 718”
Aleación de aluminio AlSi10Mg
Aleación de titanio Ti6Al4V
Aplicaciones


Aplicaciones en la fabricación de piezas de tamaño reducido y gran precisión para los
sectores aeroespacial y médico entre otros.
Tareas de investigación y desarrollo con los metales mencionados.
Precios



El precio de compra de esta impresora se encuentra a partir de los $512.500 (USD)
[253].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí; el fabricante es el encargado de su suministro.
La empresa ofrece un contrato de servicios de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-25: datos relevantes del modelo “AM250” de “Renishaw”.
287
7.7. Anexo 7. Modelos de “Arcam AB”.

“Arcam Q10”.
Figura 7-27: Impresora de EBM “Arcam Q10” de “Arcam AB”.
“Arcam Q10” [254]
Especificaciones técnicas
Tamaño máximo de las piezas
Potencia máxima del haz de electrones
Tipo de cátodo
Diámetro mínimo del haz
Presión base del vacío
Atmósfera durante la construcción
200 mm x 200 mm x 180 mm
3 kW
Mono-cristalino
100 µm
1x10-5 mbar
1x10-3 mbar de presión parcial de He
Corriente alterna
Sistema trifásico
32 A
400 V
50/60 Hz
7 kW
1 L/h
50 – 75 L
1.850 x 900 x 2.200 mm3
1.420 kg
Alimentación eléctrica
Corriente
Voltaje
Frecuencia
Potencia activa
Consumo de helio durante la construcción
Consumo de helio durante el enfriamiento
Dimensiones de la máquina
Peso de la máquina
288
Materiales [255]
Tipo
Metales
Desglose
Aleación de titanio Ti6Al4V
Aleación de titanio Ti6Al4V ELI
Titanio Grado 2 (titanio puro)
Aleación de cobalto-cromo ASTM F75
Aplicaciones


Aplicaciones en la fabricación de piezas de tamaño reducido y gran precisión para los
sectores aeroespacial y médico.
Tareas de investigación y desarrollo con los metales mencionados.
Precios



El precio de compra de esta impresora se encuentra a partir de los $500.000 (USD)
[256].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí; el fabricante es el encargado de su suministro.
La empresa ofrece un contrato de servicios de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-26: datos relevantes del modelo “Arcam Q10” de “Arcam AB”.
289

“Arcam Q20”
Figura 7-28: Impresora de EBM “Arcam Q20” de “Arcam AB”.
“Arcam Q20” [257]
Especificaciones técnicas
Tamaño máximo de las piezas
Potencia máxima del haz de electrones
Tipo de cátodo
Diámetro mínimo del haz
Presión base del vacío
Atmósfera durante la construcción
Ø 350 mm x 380 mm (altura)
3 kW
Mono-cristalino
180 µm
1x10-4 mbar
-3
4x10 mbar de presión parcial de He
Corriente alterna
Sistema trifásico
32 A
400 V
50/60 Hz
7 kW
4 L/h
100 – 150 L
2.300 x 1.300 x 2.600 mm3
2.900 kg
Alimentación eléctrica
Corriente
Voltaje
Frecuencia
Potencia activa
Consumo de helio durante la construcción
Consumo de helio durante el enfriamiento
Dimensiones de la máquina
Peso de la máquina
Materiales [255]
Tipo
Metales
Desglose
Aleación de titanio Ti6Al4V
290
Aleación de titanio Ti6Al4V ELI
Titanio Grado 2 (titanio puro)
Aleación de cobalto-cromo ASTM F75
Aplicaciones


Aplicaciones en la fabricación de piezas de tamaño reducido y gran precisión para los
sectores aeroespacial y médico.
Tareas de investigación y desarrollo con los metales mencionados.
Precios



El precio de compra de esta impresora se encuentra a partir de los $950.000 (USD)
[235].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí; el fabricante es el encargado de su suministro.
La empresa ofrece un contrato de servicios de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-27: datos relevantes del modelo “Arcam Q20” de “Arcam AB”.

“Arcam A2X”.
Figura 7-29: Impresora de EBM “Arcam A2X” de “Arcam AB”.
291
“Arcam A2X” [258]
Especificaciones técnicas
Tamaño máximo de las piezas
Potencia máxima del haz de electrones
Tipo de cátodo
Diámetro mínimo del haz
Presión base del vacío
Atmósfera durante la construcción
Velocidad constructiva volumétrica
200 mm x 200 mm x 380 mm
3 kW
Mono-cristalino
180 µm
1x10-4 mbar
4x10-3 mbar de presión parcial de He
55 – 80 cm3/h
Corriente alterna
Sistema trifásico
32 A
400 V
50/60 Hz
7 kW
4 L/h
100 – 150 L
1.850 x 900 x 2.200 mm3
Alimentación eléctrica
Corriente
Voltaje
Frecuencia
Potencia activa
Consumo de helio durante la construcción
Consumo de helio durante el enfriamiento
Dimensiones de la máquina
Materiales [255]
Tipo
Metales
Desglose
Aleación de titanio Ti6Al4V
Aleación de titanio Ti6Al4V ELI
Titanio Grado 2 (titanio puro)
Aleación de cobalto-cromo ASTM F75
Aplicaciones


Aplicaciones en la fabricación de piezas de tamaño reducido y gran precisión para los
sectores aeroespacial y médico.
Tareas de investigación y desarrollo con los metales mencionados.
Precios



El precio de compra de esta impresora se encuentra a partir de los $975.000 (USD)
[259].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí; el fabricante es el encargado de su suministro.
La empresa ofrece un contrato de servicios de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-28: datos relevantes del modelo “Arcam A2X” de “Arcam AB”.
292
7.8. Anexo 8. Modelos de “Optomec”.

“LENS 450”.
Figura 7-30: Impresora de DED “LENS 450” de “Optomec”.
“LENS 450” [260]
Especificaciones técnicas
100 x 100 x 100 mm3
400 W / Fibra
80 g/h
Corriente alterna
Sistema monofásico
200 – 240 V
50/60 Hz
1.000 x 1.000 x 1.500 mm3
Tamaño máximo de las piezas
Potencia/tipo del láser
Velocidad de depositado máximo
Alimentación eléctrica
Voltaje
Frecuencia
Dimensiones de la máquina
Materiales [261]
Nombre comercial
“LENS 316 Stainless Steel”
Descripción
Acero inoxidable austenítico conforme al
estándar 1.4404, también conocido bajo el
nombre de grado 316L, para la fabricación de
piezas funcionales y componentes para
moldes de pre-producción.
293
“LENS Inconel® 625”
“LENS Ti-6Al-4V”
N/A
Típica aleación de níquel con buenas
propiedades mecánicas y de resistencia a la
corrosión a altas temperaturas, con
aplicaciones en la industria aeroespacial,
marina, química y nuclear.
Típica aleación de titanio de aplicaciones para
el sector aeroespacial y médico, entre otros.
Presenta buenas propiedades de fatiga en
ambientes húmedos.
Otros materiales que se encuentran en fase
de prueba y desarrollo, entre los que se
encuentran diversos aceros, aluminios,
titanios, níqueles, tántalos, cobres, cermets,
etc.
Aplicaciones


Reparación y fabricación de piezas pequeñas metálicas.
Tareas de investigación y desarrollo.
Precios e información comercial



El precio de compra de esta impresora se encuentra en torno a los $300.000 (USD)
[262].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí.
La empresa ofrece una garantía de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-29: datos relevantes del modelo “LENS 450” de “Optomec”.
294

“LENS MR-7”.
Figura 7-31: Impresora de DED “LENS MR-7” de “Optomec”.
“LENS MR-7” [263]
Especificaciones técnicas
300 x 300 x 300 mm3
500 W / Fibra (opciones de 1 kW y 2 kW)
100 g/h
Corriente alterna
Sistema trifásico
3.000 x 1.500 x 2.500 mm3
Tamaño máximo de las piezas
Potencia/tipo del láser
Velocidad de depositado máximo
Alimentación eléctrica
Dimensiones de la máquina
Materiales [261]
Nombre comercial
“LENS 316 Stainless Steel”
Descripción
Acero inoxidable austenítico conforme al
estándar 1.4404, también conocido bajo el
nombre de grado 316L, para la fabricación de
piezas funcionales y componentes para
moldes de pre-producción.
295
“LENS Inconel® 625”
“LENS Ti-6Al-4V”
N/A
Típica aleación de níquel con buenas
propiedades mecánicas y de resistencia a la
corrosión a altas temperaturas, con
aplicaciones en la industria aeroespacial,
marina, química y nuclear.
Típica aleación de titanio de aplicaciones para
el sector aeroespacial y médico, entre otros.
Presenta buenas propiedades de fatiga en
ambientes húmedos.
Otros materiales que se encuentran en fase
de prueba y desarrollo, entre los que se
encuentran diversos aceros, aluminios,
titanios, níqueles, tántalos, cobres, cermets,
etc.
Aplicaciones



Reparación y fabricación de piezas de tamaño medio metálicas.
Tareas de investigación y desarrollo.
Tareas de fabricación de prototipos funcionales.
Precios e información comercial



El precio de compra de esta impresora se encuentra en torno a los $400.000 (USD)
[264].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí.
La empresa ofrece una garantía de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-30: datos relevantes del modelo “LENS MR-7” de “Optomec”.
296

“LENS 850-R”.
Figura 7-32: Impresora de DED “LENS 850-R” de “Optomec”.
“LENS 850-R” [265]
Especificaciones técnicas
900 x 1.500 x 900 mm3
1 kW / Fibra (opciones de 2, 3 y 5 kW)
500 g/h
Corriente alterna
Sistema trifásico
200 – 240 V
50/60 Hz
3.000 x 3.000 x 3.000 mm3
Tamaño máximo de las piezas
Potencia/tipo del láser
Velocidad de depositado máximo
Alimentación eléctrica
Voltaje
Frecuencia
Dimensiones de la máquina
Materiales [261]
Nombre comercial
“LENS 316 Stainless Steel”
“LENS Inconel® 625”
Descripción
Acero inoxidable austenítico conforme al
estándar 1.4404, también conocido bajo el
nombre de grado 316L, para la fabricación de
piezas funcionales y componentes para
moldes de pre-producción.
Típica aleación de níquel con buenas
propiedades mecánicas y de resistencia a la
corrosión a altas temperaturas, con
aplicaciones en la industria aeroespacial,
marina, química y nuclear.
297
“LENS Ti-6Al-4V”
N/A
Típica aleación de titanio de aplicaciones para
el sector aeroespacial y médico, entre otros.
Presenta buenas propiedades de fatiga en
ambientes húmedos.
Otros materiales que se encuentran en fase
de prueba y desarrollo, entre los que se
encuentran diversos aceros, aluminios,
titanios, níqueles, tántalos, cobres, cermets,
etc.
Aplicaciones


Reparación y fabricación de piezas metálicas de mayor tamaño e importancia para las
industrias aeroespacial y de defensa.
Tareas de investigación y desarrollo.
Precios e información comercial



El precio de compra de esta impresora se encuentra en torno a los $1.300.000 (USD)
[266].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí.
La empresa ofrece una garantía de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-31: datos relevantes del modelo “LENS 850-R” de “Optomec”.
298
7.9. Anexo 9. Modelos de “BeAM”.

“VC LF200 y 500”.
Figura 7-33: Impresora de DED “VC LF200” de “BeAM”.
“VC LF200 y 500” [267]
Especificaciones técnicas
400 x 350 x 200 mm3
Corriente alterna
Sistema trifásico
25 A
400 V
50 Hz
1.500 x 700 x 1.000 mm3
Tamaño máximo de las piezas
Alimentación eléctrica
Corriente
Voltaje
Frecuencia
Dimensiones de la máquina
Aplicaciones


Reparación y fabricación de piezas metálicas de tamaño mediano.
Tareas de investigación y desarrollo.
299
Precios e información comercial



El precio de compra de esta impresora se encuentra en torno a los $350.000 (USD)
[267].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí.
La compañía ofrece un servicio de alquiler de sus impresoras a coste reducido para
realizar un periodo de prueba con sus clientes.
Tabla 7-32: datos relevantes del modelo “VC LF200” de “BeAM”.

“VI LF4000”.
Figura 7-34: Impresora de DED “VI LF4000” de “BeAM”.
“VI LF4000” [268], [269]
Especificaciones técnicas
950 x 900 x 600 mm3
Corriente alterna
Sistema trifásico
25 A
400 V
50 Hz
2.090 x 1.860 x 2.720 mm3
Tamaño máximo de las piezas
Alimentación eléctrica
Corriente
Voltaje
Frecuencia
Dimensiones de la máquina
Aplicaciones


Reparación y fabricación de piezas metálicas de tamaño mediano.
Tareas de investigación y desarrollo.
300
Precios e información comercial


El precio de compra de esta impresora se encuentra en torno a los $550.000 (USD)
[268].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí.
Tabla 7-33: datos relevantes del modelo “VI LF4000” de “BeAM”.

“VH LF4000”.
“VH LF4000” [270]
Especificaciones técnicas
650 x 700 x 500 mm3
Corriente alterna
Sistema trifásico
32 A
400 V
50 Hz
4.480 x 1.020 x 3.500 mm3
Tamaño máximo de las piezas
Alimentación eléctrica
Corriente
Voltaje
Frecuencia
Dimensiones de la máquina
Aplicaciones


Reparación y fabricación de piezas metálicas de gran tamaño.
Tareas de investigación y desarrollo.
Precios e información comercial



El precio de compra de esta impresora se encuentra en torno a los $850.000 (USD)
[270].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí.
La compañía ofrece un servicio de alquiler de sus impresoras a coste reducido para
realizar un periodo de prueba con sus clientes.
Tabla 7-34: datos relevantes del modelo “VH LF4000” de “BeAM”.
301
7.10. Anexo 10. Modelos de “Sciaky Inc.”.

“VX-110”.
Figura 7-35: Impresora de DED “VX-110” de “Sciaky Inc.”.
302
“VX-110” [272]
Especificaciones técnicas
2.692 mm x 1.194 mm x 1.600 mm
Tamaño máximo de las piezas
Presión base del vacío
Velocidad de depositado
6,67x10-6 mbar
3 – 9 kg/h (dep. del material)
Corriente alterna
Sistema trifásico
60 kV
42 kW
2.794 x 2.794 x 2.794 mm3
Alimentación eléctrica
Voltaje
Potencia activa
Dimensiones de la máquina (cámara constr.)
Materiales
Tipo
Metales
Desglose
Aleaciones de titanio
Aleaciones de tántalo
Cualquier metal/aleación en forma de
alambre
Aplicaciones

Aplicaciones en la fabricación y reparación de piezas de gran tamaño para el sector
aeroespacial y similares.
Precios


El precio de compra de esta impresora se encuentra a partir de los $2.500.000 (USD)
[273].
Dado que la empresa no es la encargada de suministrar el material ya que éste ya se
encuentra comercialmente disponible, los precios de éste dependen del material del
que se trate. A continuación se muestran algunos ejemplos, cuyos precios se tomaron
de [274] en USD:
o
o
o
o
o
o
Alambre de Ti6Al4V: $5/m;
Alambre de “Inconel 625”: $3,20/m;
Alambre de acero 316L: $0,55/m;
Alambre de cobalto-cromo: $1,35/m;
Alambre de tungsteno: $8,80/m;
Alambre de aluminio: $14,50/m.
Tabla 7-35: datos relevantes del modelo “VX-110” de “Sciaky Inc.”.
303
7.11. Anexo 11. Modelos de “Fabrisonic”.

“SonicLayer 4000 y 4000R”.
Según [279] y [280] la “SonicLayer 4000” presenta unas dimensiones máximas de la pieza
imprimida de 1.016 × 610 × 610 mm3 y un peso de la máquina en el entorno de los 1.130 kg; la
unidad de soldadura ultrasónica presenta una potencia activa de 9 kW. En cuanto a la
“SonicLayer 4000R”, ésta es simplemente una actualización del modelo “4000” añadiendo un
nuevo eje rotatorio para facilitar la fabricación de piezas cilíndricas. Como se puede comprobar
en [281], las demás especificaciones relevantes permanecen iguales a las del modelo base.
A continuación se presenta la impresora “SonicLayer 4000” en la Figura 7-36.
Figura 7-36: Impresora de UC “SonicLayer 4000” de “Fabrisonic”.

“SonicLayer 7200”.
La “SonicLayer 7200” aún no se ha vendido, aunque está destinada hacia la fabricación industrial
de grandes componentes mediante el uso de la tecnología “UC”. Según [282], cuenta con un
sistema de 3 ejes con una capacidad de carga de unas 2,2 toneladas métricas y dimensiones
máximas de la pieza de 1.830 x 1.830 x 910 mm3. De nuevo, emplea un sistema de soldadura
ultrasónica de 9 kW de potencia activa. Dicho modelo se puede visualizar en la Figura 7-37.
304
Figura 7-37: Impresora de UC “SonicLayer 7200” de “Fabrisonic”.
305
7.12. Anexo 12. Modelos de “Stratasys”.

“Fortus 360mc y 400mc”.
Ambos modelos se estudian conjuntamente ya que su diferencia principal está en los materiales
que pueden procesar. Ambos modelos disponen de opciones de mejora en cuanto a tamaño
máximo de piezas que se pueden imprimir debido a su construcción modular, pero en cuanto a
las demás especificaciones, son idénticos. A continuación se recogen los datos relevantes.
Figura 7-38: Impresoras de FDM “Fortus 360mc” (izq.) y “Fortus 400mc” (der.) de “Stratasys”.
“Fortus 360mc y 400mc” [283]
Especificaciones técnicas
355 x 254 x 254 mm3
406 x 355 x 406 mm3
0,127 – 0,330 mm
Corriente alterna
Sistema trifásico
16 A
230 V
50/60 Hz
1.281 x 896 x 1.962 mm3
786 kg
Tamaño máximo de las piezas (opciones)
Rango de espesores de capa
Alimentación eléctrica
Corriente
Voltaje
Frecuencia
Dimensiones de los sistemas
Peso de los sistemas
306
Materiales para “360mc” y “400mc” [284]
Nombre comercial
“ABS-M30”
“ASA”
“FDM Nylon 12”
“PC”
“PC-ABS”
Descripción
Termoplástico opaco ABS de bajo coste y
adecuado para piezas de producción.
Termoplástico resistente a rayos
ultravioletas con buenas propiedades
mecánicas, apto para uso en prototipos
funcionales y series de producción.
Nailon 12 con excelentes propiedades
mecánicas y alta resistencia a fatiga.
Termoplástico de policarbonato de color
blanco, con buenas propiedades mecánicas,
resistencia térmica y duradero.
Termoplástico que combina las propiedades
del ABS y PC.
Materiales para “400mc” [284]
Nombre comercial
“ABS-ESD7”
“ABSi”
“ABS-M30i”
“PC-ISO”
“PPSF”
“ULTEM 9085”
Descripción
Termoplástico ABS capaz de disipar la
electricidad estática para aplicaciones
electrónicas y de minimización de riesgos de
explosión.
Material termoplástico con propiedades
superiores al ABS estándar y naturaleza
translúcida.
Termoplástico ABS biocompatible para
fabricar piezas que se pueden esterilizar.
Termoplástico de policarbonato de mejores
propiedades térmicas, mecánicas y
biocompatibles que se ofrece para la
tecnología “FDM”.
Termoplástico con buena resistencia
mecánica y resistencia térmica y química.
Termoplástico de altas prestaciones y
propiedades anti-incendios certificado para
uso en el interior de aeronaves.
Precios

El precio de compra de los diferentes modelos se detalla a continuación:
o
o
“Fortus 360mc”: a partir de los $90.000 (USD) [285].
“Fortus 400mc”: a partir de los $185.000 (USD) [286].
307

No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí ofertados por “Stratasys”, aunque filamentos de ABS
y otros termoplásticos para uso en impresoras de “FDM” producida por terceros
están en torno a los siguiente valores (USD) [287], [288]:
o
o
o

ABS: $52/kg
Nailon: $107/kg
PC: $100/kg
La empresa ofrece una garantía de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-36: datos relevantes de los modelos “Fortus 360mc” y “Fortus 400mc” de “Stratasys”.

“Fortus 450mc y 380mc”.
Impresoras de gama media que ofrece “Stratasys”. De manera similar a los modelos anteriores,
se presentan en pareja ya que comparten muchas de sus especificaciones.
Figura 7-39: Impresoras de FDM “Fortus 450mc” (izq.) y “Fortus 380mc” (der.) de “Stratasys”.
“Fortus 450mc y 380mc” [289]
Especificaciones técnicas
“Fortus 380mc”: 355 x 305 x 305 mm3
“Fortus 450mc”: 406 x 355 x 406 mm3
0,127 – 0,330 mm
Corriente alterna
Sistema trifásico
16 A
208 V
50/60 Hz
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Alimentación eléctrica
Corriente
Voltaje
Frecuencia
308
1.270 x 902 x 1.943 mm3
680 kg
Dimensiones de los sistemas
Peso de los sistemas
Materiales para “380mc” y “450mc” [284]
Nombre comercial
“ABS-M30”
“ABS-M30i”
“ABS-ESD7”
“ASA”
“PC-ISO”
“FDM Nylon 12”
“PC”
Descripción
Termoplástico opaco ABS de bajo coste y
adecuado para piezas de producción.
Termoplástico ABS biocompatible para
fabricar piezas que se pueden esterilizar.
Termoplástico ABS capaz de disipar la
electricidad estática para aplicaciones
electrónicas y de minimización de riesgos de
explosión.
Termoplástico resistente a rayos
ultravioletas con buenas propiedades
mecánicas, apto para uso en prototipos
funcionales y series de producción.
Termoplástico de policarbonato de mejores
propiedades térmicas, mecánicas y
biocompatibles que se ofrece para la
tecnología “FDM”.
Nailon 12 con excelentes propiedades
mecánicas y alta resistencia a fatiga.
Termoplástico de policarbonato de color
blanco, con buenas propiedades mecánicas,
resistencia térmica y duradero.
Materiales para “450mc” [284]
Nombre comercial
“ULTEM 1010”
“ULTEM 9085”
Descripción
Resina termoplástica que mejora las
propiedades del “ULTEM 9085”. Añade
biocompatibilidad certificada con ISO y
certificación de contacto con comestibles.
Termoplástico de altas prestaciones y
propiedades anti-incendios certificado para
uso en el interior de aeronaves.
Precios

El precio de compra de los diferentes modelos se detalla a continuación:
o
o

“Fortus 380mc”: a partir de los $185.000 (USD) [290].
“Fortus 450mc”: a partir de los $200.000 (USD) [291].
No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí ofertados por “Stratasys”, aunque filamentos de ABS
y otros termoplásticos para uso en impresoras de “FDM” producida por terceros
están en torno a los siguiente valores (USD) [287], [288]:
309
o
o
o

ABS: $52/kg
Nailon: $107/kg
PC: $100/kg
La empresa ofrece una garantía de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-37: datos relevantes de los modelos “Fortus 380mc” y “Fortus 450mc” de “Stratasys”.

“Fortus 900mc”.
Modelo de más alta gama que ofrece la empresa en cuanto a “FDM”. Ofrece el mayor tamaño
de piezas imprimidas así como una buena selección de termoplásticos de ingeniería y producción.
Toda la información relevante se halla a continuación.
Figura 7-40: Impresora de FDM “Fortus 900mc” de “Stratasys”.
“Fortus 900mc” [292]
Especificaciones técnicas
914 x 610 x 914 mm3
0,178 – 0,330 mm
Corriente alterna, sistema trifásico
40 A
230 V
50/60 Hz
2.772 x 1.683 x 2.027 mm3
3.287 kg
Tamaño máximo de las piezas
Rango de espesores de capa
Alimentación eléctrica
Corriente
Voltaje
Frecuencia
Dimensiones de los sistemas
Peso de los sistemas
Materiales [284]
Nombre comercial
Descripción
310
Termoplástico opaco ABS de bajo coste y
adecuado para piezas de producción.
Termoplástico resistente a rayos
ultravioletas con buenas propiedades
mecánicas, apto para uso en prototipos
funcionales y series de producción.
Nailon 12 con excelentes propiedades
mecánicas y alta resistencia a fatiga.
Termoplástico de policarbonato de color
blanco, con buenas propiedades mecánicas,
resistencia térmica y duradero.
Termoplástico que combina las propiedades
del ABS y PC.
Termoplástico ABS capaz de disipar la
electricidad estática para aplicaciones
electrónicas y de minimización de riesgos de
explosión.
Material termoplástico con propiedades
superiores al ABS estándar y naturaleza
translúcida.
Termoplástico ABS biocompatible para
fabricar piezas que se pueden esterilizar.
Termoplástico de policarbonato de mejores
propiedades térmicas, mecánicas y
biocompatibles que se ofrece para la
tecnología “FDM”.
Termoplástico con buena resistencia
mecánica y resistencia térmica y química.
Termoplástico de altas prestaciones y
propiedades anti-incendios certificado para
uso en el interior de aeronaves.
“ABS-M30”
“ASA”
“FDM Nylon 12”
“PC”
“PC-ABS”
“ABS-ESD7”
“ABSi”
“ABS-M30i”
“PC-ISO”
“PPSF”
“ULTEM 9085”
Precios

El precio de compra de este modelo se encuentra a partir de los $400.000 (USD) [293].

No hay información disponible en cuanto a costes de material lo suficientemente
precisa como para incluirse aquí ofertados por “Stratasys”, aunque filamentos de ABS
y otros termoplásticos para uso en impresoras de “FDM” producida por terceros
están en torno a los siguiente valores (USD) [287], [288]:
o
o
o

ABS: $52/kg
Nailon: $107/kg
PC: $100/kg
La empresa ofrece una garantía de 1 año para esta impresora.
Tabla 7-38: datos relevantes del modelo “Fortus 900mc” de “Stratasys”.
311
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